Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией Советский патент 1992 года по МПК H03C3/10 H03L7/18 

1

(61) 1252909 (21)4874592/09 (22) 15.10.90 (46)07.11.92. Бюл. №41

(71)Научно-исследовательский институт Вега

(72)И.П.Усачев и П.А.Попов

(56)Авторское свидетельство СССР

№ 1252909, кл. Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/18,

20.09.84.

(54) ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С

ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

(57)Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве возбудителя передатчика. Цель изобретения - повышение стабильности заданного уровня девиации и уменьшение нелинейных искажений выходных частотно-модулированных сигналов. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией (ЧМ) содержит управляемый генератор (УГ)1,делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 2, фазовый модулятор (ФМ) 3, фазовый детектор (ФД) 4, фильтр 5 нижних частот, делитель 6 частоты, опорный генератор 7, источник 8 модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор 9, инвертор 10, интегратор 11, блок 12 установки частоты, дополнительный фазовый детектор (ФД) 13, дополнительный фильтр 14 нижних частот, усилитель 15, первый пиковый детектор 16, вычитатель 17, второй пиковый детектор 18, усилитель 19с регулируемым коэффициентом усиления.-Выше перечисленные блоки соединены следующим образом: 1-2-3-4- 5-6-7, 13-14-15-16-17-19-5, 12-6, 12-9- 10-11-18-17. -6-13, 2-13, 11-7, 8-9, 7-3. Цель изобретения достигается путем непрерывного сравнения уровня девиации фазы импульсов на выходе ДПКД 2. 1 ил.

ЦП

с

VI VI

Ј

СЬ СЛ

ГО

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве возбудителя передатчика с частотной модуляцией.

Известен цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией (ЧМ). содержащий последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, первый интегратор, первый управляемый аттенюатор, фазовый модулятор, фазовый детектор, второй интегратор, фильтр нижних частот, управляемый генератор и делитель частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к другому входу фазового детектора, эталонный генератор, выход которого соединен с другим входом фазового модулятора, второй управляемый аттенюатор, вход и выход которого подключены соответственно к выходу источника модулирующего сигнала и другому входу управляемого генератора. При этом управляющие входы первого управляемого аттенюатора и делителя частоты с переменным коэффициентом деления объединены и подключены к выходу блока установки частоты, а между выходом фазового детектора и управляющим входом источника модулирующего сигнала включены последовательно соединенные перемножитель напряжения, третий интегратор, первое пороговое устройство, элемент ИЛИ и D-триг- гер, последовательно соединенные генератор сигнала настройки и формирователь коротких импульсов, выход которого подключен к управляющему входу третьего интегратора и С-входу D-триггера, второй выход которого соединен с управляющим входом генератора сигнала настройки, выход которого объединен с выходом источника модулирующего сигнала и подключен к другому входу переключателя напряжений, вход и выход четвертого интегратора соединены соответственно с выходом перемножителя напряжений и управляющим входом второго управляемого аттенюатора, второе пороговое устройство включено между вы- ходом третьего интегратора и другим входом элемента ИЛИ, а выход блока установки частоты также соединен с S-входом D-триггера (см. авт.св. № 1035776, кл. Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/16, 1983.

Этот синтезатор построен на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) по двухточечной схеме введения модулирующего сигнала. Для уменьшения искажений выходных частотно-модулированных колебаний, связанных с большим изменением крутизны Syr управляемого генератора (УГ) при перестройке ЦСЧ в широком диапазоне частот, используется периодическое размыкание кольца ИФАПЧ, введение пробного возмущения УГ с помощью генератора сигнала настройки-и последующей оценки крутизны Syr по сдвигу частоты УГ от этого пробного возмущения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с частотной модуляцией (см. авт.св. № 1252909,

кл. Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/18, 1986), содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты, фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) и фазовый модулятор (ФМ), выход которого подключен к второму входу фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемый

аттенюатор, инвертор и интегратор, выход которого подключен к управляющему входу фазового модулятор, а также блок установки частоты, выход которого подключен к установочному входу делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющему входу управляемого аттенюатора.

Этот ЦСЧ с ЧМ по двухточечному способу представляет собой наиболее общий случай

формирования частотно-модулированного сигнала в широкой полосе модулирующих частот, Однако в этом синтезаторе при изменении крутизны управляемого генератора изменяется уровень девиации выходного

частотно-модулированного колебания и возрастают искажения.

Цель изобретения - повышение стабильности заданного уровня девиации и уменьшение нелинейных искажений выходных частотно-модулированных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель

частоты, фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и фазовый модулятор, выход которого подключен к другому входу фазового детек0 тора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор, инвертор и интегратор, выход которого подключен к управляющему входу фазового модулятора, а также блок установки

5 частоты, выход которого подключен к установочному входу делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющему входу управляемого аттенюатора, введены последовательно соединенные дополнительный

фазовый детектор, дополнительный фильтр

нижних частот, усилитель, первый пиковый детектор и вычитатель, второй пиковый детектор, который включен между выходом интегратора и другим входом вычитателя, а выход источника модулирующего сигнала подключен к второму входу управляемого генератора через введенный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий вход которого подключен к выходу вычитателя. При этом первый вход дополнительного фазового детектора подключен к выходу делителя частоты, а второй вход дополнительного фазового детектора подсоединен к выходу делителя частоты с переменным коэффициентом деления.

В предложенном ЦСЧ с ЧМ уровень модулирующего сигнала, поступающего на мо- дулирующий вход УГ, автоматически поддерживается с помощью усилителя с регулируемым коэффициентом усиления таким, чтобы при любых изменениях крутизны Syr управляемого генератора, связанных как с переключением выходных частот, так и с воздействием дестабилизирующих факторов, девиация частоты УГ была постоянной. При этом формирование управляющего сигнала на управляемом входе усилителя с регу- лируемым коэффициентом усиления происходит путем непрерывного измерения девиации фазы импульсов после ДПКД и сравнения ее с эталонной. В результате уменьшаются искажения выходного ЧМ сигнала, так как компенсация реакции кольца ИФАПЧ по второй точке модуляции (по фазовому модулятору) происходит всегда при постоянном уровне девиации на выходе фазового модулятора, а при этом всегда можно подобрать более точно сигнал компенсации.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

ЦСЧ с ЧМ содержит последовательно оединенные опорный генератор (ОГ) 1, деитель 2 частоты, фазовый детектор (ФД) 3, ильтр нижних частот (ФНЧ) 4, управляемый генератор (УГ) 5, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 6 и азовый модулятор (ФМ) 7, выход которого подключен к другому входу ФД 3, последовательно соединенные источник 8 модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор , инвертор 10 и интегратор 11, выход которого подключен к управляющему входу ФМ , а также блок 12 установки частоты, выход которого подключен к установочному вхоу ДПКД 6 и управляющему входу управяемого аттенюатора 9, последовательно оединенные дополнительный ФД 13, доолнительный ФНЧ 14, усилитель 15, перый пиковый детектор 16 и вычитатель 17,

второй пиковый детектор 18, включенный между выходом интегратора 11 и другим входом вычитателя, а выход источника 8 модулирующего сигнала подключен к второму 5 входу УГ 5 через усилитель 19 с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий вход которого подключен к выходу вычитателя 17. При этом первый вход дополнительного ФД 13 подключен к выходу де10 лителя 2 частоты, а второй вход дополнительного ФД 13 подсоединен к выходу ДПКД 6.

ЦСЧ с ЧМ работает следующим образом.

15 В режиме синхронизма модулирующий сигнал UM(I) подается от источника модулирующего сигнала 8 в две точки схемы: через усилитель 19 с регулируемым коэффициентом усиления на модулирующий вход УГ 5 и

0 одновременно через управляемый аттенюатор 9, инвертор 10 и интегратор 11 на управляющий вход ФМ 7 так, чтобы компенсировать отклонение фазы импульсов с выхода ДПКД 6, происходящее из-за

5 модуляции частоты УГ 5. Поэтому с выхода ФМ 7 на второй вход ФД 3 поступают мм- пульсы, уже не модулированные по фазе, как и в режиме синхронизма без подачи модуляции. В результате сравнения по фазе

0 импульсов с выхода ФМ 7 и с выхода делителя 2 частоты а выходе ФД 3 формируется управляющее напряжение, которое через ФНЧ 4 поступает на управляющий вход УГ 5 и подстраивает его на частоту ОГ 1, как в

5 обычном режиме синхронизма без модуляции. Точность компенсации фазы импульсов определяется правильным подбором уровня и фазы сигнала обратной (противофазной) модуляции в ФМ 7 с помощью уп0 равляемого аттенюатора 9, инвертора 10 и интегратора 11. Изменение коэффициента передачи управляемого аттенюатора 9 осуществляется одновременно с изменением коэффициента деления ДПКД 6 с помощью

5 кода, поступающего от устройства 12 установки частоты. С помощью интегратора 11 формируется АЧХ сигнала смещения по управляющему входу ФМ 7, обратная его модуляционной характеристике.

Компенсация может быть полной только при идентичности каналов модуляции, т.е. в том случае, если на управляющем входе ФМ 7 модулирующее напряжение вызывает обратную модуляцию фазы импульсов с выхо5 да ДПКД 6 настолько, чтобы на выходе ФМ 7 отклонение фазы импульсов из-за модуляции Дуэм2 равнялось 0. Однако максимальное отклонение фазы импульсов на выходе ДПКД 6 определяется соответствующей девиацией частоты УГ A fM, которая зависит от крутизны УГ 5 Syr и амплитуды модулирующего сигнала UM.

При постоянном уровне модулирующего сигнала UM заданный уровень девиации fM может быть, только при определенном значении крутизны Syr. С изменением крутизны Syr изменяется А Тм, а следовательно, и девиация фазы импульсов на выходе ДПКД б. В результате при прежнем уровне компенсирующего напряжения на управляющем входе ФМ 7 отклонение фазы импульсов на выходе ФМ 7 Афм2 0- т-е- возникает составляющая реакция кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ 5, что приводит к искажениям ЧМ-сишала ЦСЧ.

Для стабилизации уровня девиации частоты УГ 5 модулирующий сигнал от источника 8 поступает на модулирующий вход УГ 5 через усилитель 19с управляемым усиле- нием, коэффициент усиления которого изменяется обратно пропорционально изменению Syr с помощью напряжения, поступающего на его управляющий вход с выхода аычитателя 17.

Это управляющее напряжение формируется следующим образом.

В результате сравнения по фазе импульсов с выхода ДПКД б и опорных импульсов с выхода делителя 2 частоты на выходе второго ФД 13 формируется демодулиро- ванный низкочастотный сигнал, соответствующий исходному модулирующему сигналу,

С выхода второго ФД 13 напряжение через второй ФНЧ 14, усилитель 15 поступает на вход первого пикового детектора (ПД)

16,на выходе которого формируется медленно изменяющийся сигнал, соответствующий в каждый момент времени максимальному (пиковому) значению демодулированного низкочастотного сигнала, С выхода первого ПД 16 медленно меняющееся напряжение поступает на первый вход вычнтателя

17,на второй вход которого поступает такое же медленно меняющееся напряжение с выхода второго ПД 18. На вход второго ПД 18 от источника 8 через управляемый аттенюатор 9, инвертор 10 и интегратор 11 поступает такое же низкочастотное напряжение, что и на вход первого ПД 16. В результате срапнения напряжений с выходов ПД 16 и ПД 18 на выходе аычитателя 17 формируется разностный сигнал AU 1иПд1б - иПдга I, который поступает на управляющий вход усилителя 19 и изменяет его коэффициент усиления так, чтобы на выходе УГ 5 сохранялся постоянный заданный уровень девиации частоты.

В переходном режиме при переключении частот УГ модулирующий сигнал не поступает, и подстройка частоты УГ происходит как в обычном ЦСЧ на основе ИФАПЧ.

ЦСЧ с ЧМ первоначально настраивается на заданный уровень девиации при минимальной величине искажений ЧМ-сигналов

и среднем значении крутизны Syr (примерно в середине диапазона частот УГ). Для этого с помощью усилителя 15 на выходе вычита- теля 17 устанавливается такая величина разностного сигнала A U 1иПд1б иПд-Ы ,

5 которая соответствовала бы среднему значению в диапазоне изменения напряжений на управляющем входе усилителя 19с регулируемым коэффициентом усиления, Тогда при любых изменениях крутизны Syr коэф0 фициент усиления усилителя 19 изменяется так, что на модулирующем входе УГ 5 модулирующий сигнал UM поддерживается такого уровня, при котором девиация частоты УГ остается постоянной и равной ранее уста5 новленной величине, т.е.

AfM f SyrlM const. Преимущество предложенного ЦСЧ с ЧМ в том, что быстродействие его такое же, как и без модуляции, - здесь нет потери

0 времени па определение Syr с помощью пробного возмущения и последующей подстройки.

Кроме того, уровень девиации и минимальные искажения поддерживаются по5 стоянными не только .при переключении частот, но и непрерывно при любом воздействии дестабилизирующих факторов, т.к. в ЦСЧ происходит непрерывное измерение с помощью второго ФД 13 разности фаз опор0 ных импульсов с ДПКД 6. Иначе говоря, де- модулированный сигнал на выходе второго ФД 13 и далее огибающая амплитуд этого сигнала на выходе первого ПД 16 отражают непрерывно истинное изменение уровня

5 девиации УГ 5 (в отличие от известных схем, где управляющее напряжение формируется с помощью второго кольца и отличается от истинного).

Таким образом, система непрерывно

0 охвачена глубокой отрицательной обратной связью, и всякое изменение уровня девиации частоты УГ 5 автоматически отрабатывается в сторону его стабилизации. При этом автоматически обеспечиваются и ми5 нимальные искажения ЧМ сигнала.

Вместе с улучшением основных качественных характеристик предложенный ЦСЧ значительно упрощен в схемно-конструк- тивном исполнении: усилители 15 и 19, вычитатель и пиковые детекторы 16 и 18 могут быть выполнены на основе операционных усилителей, например, на счетверенном операционном усилителе типа 1401 УД2. Причем активный пиковый детектор может быть построен на основе двух операционных усилителей, диода и конденсатора (см., например, Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, 4.1, М.: Мир, 1983, с. 203).

Усилитель с регулируемым коэффици- ентом усиления может быть построен на основе операционного усилителя и полевого транзистора, включенного в цепь обратной связи усилителя (см. там же, с. 388, рис. 6.30).

Формула изобретения Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией по авт. св. № 1252909, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности заданного уровня девиации и

уменьшения нелинейных искажений выходных частотно-модулированных сигналов, введены последовательно соединенные дополнительный фазовый детектор, дополнительный фильтр нижних частот, усилитель, первый пиковый детектор и вычитатель, второй пиковый детектор, который включен между выходом интегратора и другим входом вычитателя, а выход источника модулирующего сигнала подключен к второму входу управляемого генератора через введенный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий вход которого подключен к выходу вычитателя, при этом первый вход дополнительного фазового детектора подключен к выходу делителя частоты, а второй вход дополнительного фазового детектора подсоединен к выходу делителя с переменным коэффициентом деления.