Цифровой синтезатор частот Советский патент 1980 года по МПК H03B19/00 

Изобретение относится к области частотного синтеза и может быть использовано при автоматических измерениях, снятии частотных характерис тик пассивных и активных многополюс ников, в технике связи и-других областях техники. Известен цифровой синтезатор час тот, содержащий последовательно сое диненные генератор опорной частоты преобразователь код-частота и после довательно соединенные селектор имnyj.bcoB, цифровой частотный диакр иминатор, управляющий элемент, генератор регулируемой частоты и формирователь временного интервала, а также блок задания частоты, первый вход которого соединен с другим- вхо дом преобразователя код-частота 1 Однако в известном устройстве недостаточно широкий диапазон рабочих частот. Цель изобретения - расширение диапазона рабочих частот. Для этого в цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные генератор опорной часто ты и преобразователь код-частота и последовательно соединенные селекто импульсов, цифровой частотный диск минатор, управляющий элемент, (генератор регулируемой частоты и формирователь временного интервала, а. также блок задания частоты, первый выход которого соединен с другим входом преобразователя код-частота, введены двухпози ионный переключатель на два направления и делитель частоты, при этом выход делителя частоты соединен с первым входом селектора импульсов, первый и второй сигнальные входы и управляющий вход двухпозиционного переключателя на два направления соединены соответственно с выходом,преобразователя код-частота, выходом формирователя временного интервала выходом блока задания частоты, первый и второй выходы двухпозиционного переключателя на два направления соединены соответственно с сигнальным входом делителя частоты и вторым входом селектора импульсов, управляющий вход делителя частоты подключен к третьему выходу блока задания частоты. На чертеже приведена структурная электрическая схема цифрового синтезатора частот. Цифровой синтезатор частот содержит генератор 1 опорной частоты. преобразователь 2 код-частота, селек тор 3 импульсов, цифровой частотный дискриминатор 4 ,; управляющий элемент 5, генератор б регулируемой частоты, kI)opм poвaтeль 7 временного интервала блок 8 задания частоты, .вyxпoзициoнный переключатель 9 на два направления и делитель частоты 10. Устройство работает следующим образом. В предлагаемом синтезаторе реализуется способ точной установки и ста билизации дискретного множества частот, основанный на использовании сче чика частотного дискриминатора 4 в з висимости от диапазона формируемой , частоты в виде измерителя привода ил измерителя частоты в цепи обратной связи (ОС). При выбранном способе построения синтезатора наибольшая допустимая нестабильность частоты на выходе синтезатора автоматически задает точность, с которой должно осуществляться измерение периода (ча тоты) . Измеритель периода (частоты) используемый в синтезаторе, реализован по методу обеспечения постоянной погрешности измерения периода (часто ты) для всех возможных значений частоты формируемого сигнала, при этом измеряется не точное значение частоты (периода), а выявляется величина сигнала рассогласования, которая используется для подстройки частоты ге нератора 6. При формировании низкочастотного сигнала переключатель 9 установлен в такое положение, при котором цифровой измеритель частоты выполняет роль периодометра, при этом вход делителя частоты 10 через переключател 9 соединен с выходом формирователя 7 . При наборе требуемого значения ча тоты с помощью блока 8 задания частоты 5 преобразователь управляющий код N,,,, соответствующий устанавливаемому зндчению частоты, при этом частота ,; на выходе преобразователя 2 определяется выражением N N.aK. -N-где JQ частота генератора 1 опорно частоты,поступающая на вход двоичного умножителя; Макс максимальная емкость счетчи ка двоичного умножителя. С помощью блока 8 коэффициент . деления частоты 10 установлен равны единице, при этом работа предлагаем го устройства аналогична работе уст ройства-прототипа . При работе генератора 6 через селектор 3 импульсов на вход счетчи ка частотного дискриминатора 4 поступают импульсы с частотой.следования Е . Так как селектор 3 открыт толЫк) нд.время действия управляюще сигналах Г у вырабатываемого формиро ателем 7, то в счетчик поступит чисо импульсов, определяемое выражением .; Используемый метод измерения пеериода при равенстве значений треуемой и выходной частот обеспечивает счетчике периодометра (дискриминаора 4) одно и то же число N JQA- Еси под Действием-различных дестабилизирующих факторов значение измеряеой (выходной) частоты изменяется, о в счетчике периодометра будет фикироваться числом , отличное OTHja, . Выявленное значение разности чисел () используется для автоматической подстройки частоты на выходе синтезатора . В установившемся режиме сигнал ассогласования равен нулю, следоваельно, Ы М Учитывая, что частота fx на выходе генератора 6 определяется как число периодов в единицу времени, нетрудно получить выражение для установившегося значения частоты f К; ° а 30. показьшающее, что в установившемся режиме частота на выходе генератора 6 прямо пропорциональна коду устанавливаемого значения частоты. Как следует из выражения (1), при изменении Т (увеличении i ) для выполненияН-Н)с,д необходимо соответствующим образом уменьшать Ту (увеличивать f ). При фиксированной частоте i пределы изменения т , как правило, определяются границами одного частотного диапазона и для декадных синтезаторовГ., lOTs. - Mgic ЙН для всех частотных диапазонов. Поэтому при переходе в следующие частотные диапазоны для выполнения рыражения (1) необходимо соответственно увеличивать число измеряемых периодов Т .Из сказанного следует, что синтезатор с периодомером; в цепи О( работает с постоянным временем выявления сигнала ошибки, равнымТ н для всех частотных диапазонов. Число периодов Т необходимых для выполнения выражения (l)iBo всех частотных диапазонах, определяется в соответствии с выражением .т (31 где Т, - длительность периода формируемого сигнала в первом низкочастотном диапазоне .2.,-П- номер частотного диапазона, начиная с низкочастотРабота устройства во втором частотном диапазоне не отличается от описанной выше, при этом на вход селектора 3 поступает управляющий с выхода делителя частоты 10, длительность которого в соответствии с выражением (3) определяется выражением Т, О . Изменение коэффициента деления делителя частоты 10 осуществляется с помощью преобразователя 2 код-частота.

С уч«том сказанного для всех низкочастотных диапазонов выражение (2) можно переписать в следующем виде:г ,д)(-

%аке ЗОА

Как отмечено выие, в диапазоне высоких частот для измерения частоты целесообразно использовать частотомер.

Для заданной точности измерения

5- -;- выбирая максимальный мерный Ny,

интервал .Т)( , нетрудно определит минимальную частоту fv диапазона

6mviM ,.

высоких частот, которая может быть измерена частотомером с заданнойточностью

зал

х.

о,

хн

Покажем работоспособность предлагаемой структуры синтезатора в диапазоне высоких частот.

При наборе требуемого значения частоты f fig с помощью блока 8 в преобразователи 2 вводится управляющий кодЫ„ . Одновременно с помощью блока 8 переключатель 9 устанавливается в положение, при котором цифровой измеритель частоты выполняет роль частотомера, при этом вход делителя частоты 10 через переключатель 9 соединен с выходом преобразователя 2, а выход формирователя 7 через переключатель 9 соединен с входом селектора 3. При такой схеме соединения преобразователя 2 и делителя частоты 10 мерный интервал Т , формируемый на выходе делителя час.тоты 10 при перестройке выходной частоты, изменяется пропорционально управляющему коду Цц .

N

макс

N

При фиксированном частота на выходе синтезатора с частотомером в цепи ОС и преобразователем 2 кодчастота в цепи управления в первом высокочастотном диапазоне определяется следующим выражением:

(5)

10

Сравнивая выражения (4) и (5) для выходной частоты синтезатора, выполненного по схеме с периодомером (4) или частотомером (5) в цепи ОС видим, что они отличаются только постоянным множителем.

ЕслиМ дд выбрать равным It) при переходе в (Ч-1) частотный пазон ,

- ,,.w

-fO

N

lai

5 при этом выражение (4) становится тождественным выражению (5), что свидетельствует об идентичности работы структур с периодомером и с частомером в цепи управления с точки зре0ния определения времени выявления сигнала рассогласования.

На основании сказанного можно определить номер частотного диапазона, в котором следует произвести переключение переключателя 9 в положение,

5

-) при котором структура синтезатора соответствует структуре синтезатора с частотомером в цепи обратной связи .

При переходе в следующий, более

0 высокочастотный диапазон, время из,мерения частоты при заданной погрешности можно уменьшить, что достигается за счет измерения коэффициента делителя частоты 10с помощью преобра5зователя 2. При этом в зависимости от .номера, т высокочастотного диапазонаТу необходимо изменять в соответствии с выражением

-м.кс 0 , п-.;

30

(7;

где i -I , . . . ,n-l - номер высокочастотного диапазона.

С учетом выражения (6) значение частоты на выходе синтезатора с частотомером в цепи обратной связи для всех высокочастотных диапазонов определяется выражением

N

at

-N

YO

маке

Таю как при переключении на структуру с частотомером в цепи обратной

связи при переходе в каждый следующий частотный диапазон необходимо уменьшить коэффициент деления делителя частоты 10 (в структуре с периодомером в цепи ОС при переходе в более

высокочастотный диапазон коэффициент деления делителя частоты 10 необходимо увеличивать), легко показать, что используя комбинированную структуру синтезатора можно вдвое сократить

необходимое число ступеней делителя

частоты 10 по сравнению с прототипом ,

Предлагаемый цифровой синтезатор частот обеспечивает минимальное необходимое время выявления сигнала рассогласования.во всех частотных диапазонах формируемого cигнaлa, а упрощение структуры достигается за счет сокращения .числа ступеней деления делителя в канале выявления сигнала рассогласования.