ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДВОИЧНОГО КОДА В ДЕВИАЦИЮЧАСТОТЫ Советский патент 1968 года по МПК H03M1/86 

Цифро-аналоговые синтезаторы частоты и цифровые гетеродины, представляющие собой преобразователи цифрового кода в заданную частоту гармонических колебаний, находят применение в автоматике, радиолокации и связи.

Известны быстродействующие преобразователи двоичного кода в девиацию частоты гармонических колебаний, содержащие балансные смесители с фильтрами, электронные коммутаторы и фазовращатели.

В таких преобразователях достигается кварцованная девиация выходной частоты, равная

2 fe; 2 Д f относительно несущей частоты,

равной fo+(rt-1)/1, или fo + /i (здесь: Д/ - цена младщего разряда преобразователя, , 2, 3, ...п - номер разряда, п - число разрядов, и; 1,0 - значение цифрового кода t-OM разряде, fo и /i - вспомогательные стабильные частоты, которые могут быть жестко связаны между собой).

В эти преобразователи вследствие практически ограниченной селективности фильтров, используемых в схемах формирования эталонных частот и на выходе смесителей, а также необходимости соблюдения определенного соотношения между центральной частотой фильтра и полосой пропускания, приходится вводить вспомогательную частоту fi и синхронизованный или кварцевый генератор в каждый разряд.

По этой же причине величины частот Д/ifu

и fi взаимосвязаны и не могут быть выбраны независимо друг от друга, что при наличии комбинационных частот в смесителях требует тщательного подбора вспомогательных частот /о и /1.

Это затрудняет получение больщого диапазона девиации выходной частоты относительно частоты несущей и не позволяет работать без несущей. Кроме того, условия работы смесителей и фильтров в отдельных разрядах преобразователя неидентичны, так как частота на выходе каждого разряда возрастает по мере увеличения номера разряда. Все это усложняет преобразователь и его настройку, особенно при большом числе разрядов.

В предлагаемом быстродействующем широкодиапазонном двоичном преобразователе код-частота для исключения элементов частотной селекции (фильтров), исключения

вспомогательной частоты /j и синхронизованных или кварцевых генераторов в каждом разряде, а также исключения зависимости цены младшего разряда Af от величины несущей частоты fo и расширения диапазона девиации

суммирования частот BXOZI одного смесителя непосредственно, а другого через фазовращатель соединен с выходом предыдущего разряда, другой вход смесителей соединен соответствеиио с выходами электронных коммутаторов О и 90° данного разряда, выходы смесителей подключены ко входу следующего разряда, а в тракте формирования эталонных частот один вход смесителей непосредственно, а другой через фазовращатель соединен с выходом предыдущего разряда и соответственно со входом «1 электронных коммутаторов 90 и 0°, а выходы смесителей подключены ко входу следующего разряда.

В каждом разряде в тракте суммирования частот первые входы смесителей каналов соединены соответственно с выходами каналов О и 90° предыдущего разряда. Второй смеситель канала 90° соединен через фазоинвертор, вторые входы смесителей соединены соответственно с выходами электронных коммутаторов О и 90°, а выходы смесителей обоих каналов соответственно соединены между собой и со входами следующего разряда.

На фиг. 1 изображена функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 - осуществление преобразователя по двойным квадратурным схемам.

Преобразователь содержит: тракт из п квадратурных схем балансных смесителей (каждая состоит из двух балансных смесителей-перемножителей) / и п фазовращателей 2 для суммирования частот /о и /fe, в каждом разряде; тракт из п-1 квадратурных схем балансных смесителей (каледая из двух смесителей 1) -я п фазовращателей на я/2 для формирования весовых эталонных частот Р, - 2 Д/ из опорной частоты А/, определяющей цену младщего разряда преобразователя; 2« электронных коммутаторов 3, управляемых цифровым кодом, для управления работой квадратурных схем смесителей в тракте суммирования частот.

На один вход смесителей 1 в каждом разряде тракта суммирования частот поступает переменное напряжение частоты с выхода предыдущего разряда соответственно непосредственно и через фазовращатель 2. На второй вход тех же смесителей поступают соответственно постоянное напряжение (f; 0) и нулевой потенциал либо неременное напряжение частоты F непосредственно и через фазовращатель 2 тракта формирования эталонных частот с выходов электронных коммутаторов 3 данного t-TO разряда, в зависимости от того, находятся коммутаторы в положении «О или в положении «1.

На первые входы смесителей первого разряда () подается переменное напряжение несущей частоты /о соответственно непосредственно и через фазовращатель.

Электронные коммутаторы 3 находятся в положении «О, если в г-ом разряде на них подается кодовый знак «О, и в положении «1, если подается знак «1.

На один вход смесителей / в тракте формирования весовых эталонных частот поступает неременное напряжение частоты F/-I с выхода предыдущей схемы соответственно непосредственно и через фазовращатель 2. На второй вход тех же смесителей поступает переменное напряжение частоты Fi соответственно через тот же фазовращатель 2 и непосредственно с выхода предыдущей схемы.

На вход схемы первого разряда подается переменное напряженне частоты Д/, представляющей цену младщего разряда преобразователя.

Суммирование частот в квадратурных схемах смесителей тракта суммирования частот происходит следующим образом.

Еслн обозначить входные напряжения смесителей 1-го разряда соответственно через

6u in2-f; i

6/2/ COS2-А.2-Д/ для смесителя канала 0°

иf/u- :cos2-/f i

L2 z: sin 2г: k 2- Д /

для смесителя канала 90°, то на выходе квадратурной схемы образуется переменное напряжение

f/3,- f/ if4-f f/L-t/2/ 4n2.: (/-1+/&,2-1Д/).

Из этого выражения видно, что частота выходного колебания Uzc такой схемы содержит сумму частот входных колебаний и не содержит других составляющих. Это будет тем более справедливо, чем лучще осуществляется операция перемножения в смесителях, для чего необходимо использовать кольцевые балансные схемы, датчики Холла, перемножающие лампы и трубки.

Умножение частоты на два в каждой квадратурной схеме смесителей в тракте формирования весовых эталонных частот f; происходит следующим образом.

Если обозначить входные напряжения смесителей квадратурной схемы t-ro разряда соответственно через

ш27Г,,- COS 2.-/,-

/u- 3cos2-f,

/2/ :nn2-f,

то на выходе квадратурной схемы получится: Izi Ili hi + ill hi sin 2 (2,r ).

Нз этого выражения видно, что частота выходного колебания /з представляет собой удвоенную частоту входного колебания. В результате удвоения частоты в схеме каждого разряда на выходах тракта получаются переменные напряжения, частоты которых /, : :2-1Д; соотносятся как веса разрядов двоичного кода.

В результате суммирования частот в каждом разряде тракта суммирования частот на выходе преобразователя получается переменное напряжение частоты

. oi-i

fn f

В большинстве случаев девиация частоты на выходе преобразователя невелика по сравнению с частотой несущей, т. е. А/С /о при этом не возникает трудностей в построении фазовращателей 2 в тракте суммирования частот. Однако в тех случаях, когда девиация сравнима с несущей, особенно при отсутствии несущей (/о 0), когда изменение выходной частоты начинается с «нулевой частоты, точные фазовращатели практически-нереализуемы.

В этих случаях для осуществления предлагаемого преобразователя квадратурные схемы смесителей в тракте суммирования частот должны быть усложнены и построены по двойным квадратурным схемам, как показано на фиг. 2, где 4 - фазоипвертор.

Такая схема при наличии на входах смесителей разряда квадратурных сигналов

ии sin 2.: f,- iUli cos 2- //

(за счет предыдущего разряда) и квадратурных сигналов

Uzi - cos 2г. k, 2-i Д f Ili ЯП 2,. /fe,2- Д / (за счет фазовращателей 2 в тракте формирования эталонных частот) обеспечивает квадратурные выходы 1ы и f/3(, необходимые для работы следующего разряда преобразователя. При этом

Izi L/U Lw + Uli ,.-(f,i + A 2-1Д/)

Uli Vi - Uli Uli

COs2::(f,- l-|-/fe.2-lA/)

Таким образом, двойная квадратурная схема обеспечивает необходимый сдвиг фазы в л/2 между Izi и Ls/ в любом диапазоне частот, который ограничивается только возможностями балансных смесителей (перемножителей) / и фазоинверторов 4, так как фазовращатели 2 в тракте эталонных частот работают на фиксированных частотах. Сдвиг фаз в я/2 на входе смесителей первого разряда

обеспечивается одним фазовращателем 2, работающим на фиксированной частоте /о.

Преобразователь имеет два квадратурных выхода 6з;1 и 6зя, что в некоторых случаях, например при квадратурном приеме, может быть полезно. Частота /„ выходных напряжений Uzi и f-зл определяется тегл же выражением, что и для /„ схемы фиг. 1.

10

Предмет изобретения

1. Преобразователь двоичного кода в девиацию частоты, содержащий балансные смесители, фазовращатели и электронные коммутаторы, отличающийся тем, что, с целью исключения зависимости цены младщего разряда от величины несущей частоты и упрощения устройства, в нем в каждом разряде в тракте суммирования частот вход одного смесителя непосредственно, а другого через фазовращатель соединен с выходом предыдущего разряда, другой вход смесителей соединен соответственно с выходами электронных коммутаторов О и 90° данного разряда, выходы смесителей подключены ко входу следующего разряда, а в тракте формирования эталонных частот один вход смесителей непосредственно, а другой вход через фазовращатель соединен с выходом предыдущего разряда и соответственно со входом «1 электронных комментаторов 90 к О, а выходы смесителей подключены ко вход/,следующего разряда.

.-. Преобразователь по п. 1, отличающийся Tei. что, с целью расширения диапазона изменен я выходной частоты и обеспечения постоянсва сдвига фаз между квадратурными канал ми преобразователя, в нем в каждом разpяд в тракте суммирования частот первые ВХОД) смесителей каналов соединены соответственно с выходами каналов О и 90° предыдущего разряда, при этом второй смеситель канала ЭО соединен через фазоинвертор, вторые входы смесителей соединены соответственно с выходами электронных коммутаторов О и 90°, а выходы смесителей обоих каналов соответственно соединены между собой и со входами следующего разряда.

I 6 о От-1IUi l Ч oi-I

I 1 J 111 I i 1ч

, .-T ...-Г

4