DE3124568A1

DE3124568A1 - Frequenzsynthesegeraet

Info

Publication number: DE3124568A1
Application number: DE19813124568
Authority: DE
Inventors: Peter Marlow Buckinghamshire Connell; Malcolm F. High Wycombe Buckinghamshire Morgan
Original assignee: Racal Dana Instruments Ltd
Current assignee: Racal Dana Instruments Ltd
Priority date: 1980-07-12
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2486735A1; US4395683A; GB2080057B; FR2486735B3; GB2080057A

Description

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PATENTANWÄLTE ZUOSL. TEBTRXT(R BKIH «tJHOHl»CHKN rlTXNTtMT

RACAL-DANA INSTRUMENTS LIMITED 8/12

Western Read
Bracknell, Berkshire
England

"Frequenzsynthesegerät"

Die Erfindiang bezieht sich auf elektrische Schaltungen, insbesondere für Frequenzsynthesegeräte zum Erzeugen elektrischer Signale bei relativ unterschiedlichen Frequenzen.

Frequenzsyntheseschaltungen sind bekannt mit einer Anzahl von kaskadegeschalteten Stufen, von deneÄ^eD§ispielsweise den Wert eines Digits in der endgültigen Ausgangsfrequenz synthetisiert. Solche Stufen können eine Referenzfrequenz ansprechend ausgebildet sein und können Schaltkreise enthalten zur Multiplikation der Referenzfrequenz, um so eine Frequenz zu erzeugen, die dann weiterverarbeitet wird, um den Ausgang der betreffenden Stufe zu erzeugen. Ein Problem bei solchen Synthesegeräten liegt darin, die Vervielfachung von Rauschen innerhalb der Stufe zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine diesbezüglich verbesserte Frequenzsynthesegerätstufe zu schaffen, d.h. eine solche, die ein günstiges Signal/ Rausch-Verhältnis aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Demgemäß ist eine Stufe eines Frequenzsynthesegeräts zum Erzeugen einer einstellbaren Frequenz vorgesehen, deren Wert den Wert eines Digits der synthetisierten Ausgangsfrequenz bestimmt. Die Stufe umfaßt Schaltkreise, die ansprechen auf eine vorgegebene Referenzfrequenz zum Erzeugen von Vielfachen derselben, welche innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches liegen. Selektiv einstellbare Bandpassfilter sind vorgesehen zur Auswahl eines der Vielfachen zwecks Erzeugung einer Steuerfrequenz. Kombinationsschaltkreise sind ferner vorgesehen zum Erzeugen der Zwischenfrequenz aus einer Kombination der Steuerfrequenz und der einstellbaren Frequenz einer vorhergehenden Stufe.

Ein Frequenzsynthesegerät gemäß der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Blockschaltbilddarstellung näher erläutert, deren Fig. 1A und 1B zusammen das Schaltungsdiagramm darstellen.

Wie im Schaltungsdiagramm dargestellt, umfaßt das Frequenzsynsthesegerät 7 (in diesem Beispiel) kaskadegeschaltete Stufen 4, 6, 8, 10, 12, 14 und 16. Jede Stufe besitzt einen Eingang 20, an dem eine sehr saubere und hochstabile Bezugssignalfrequenz von - in diesem Beispiel - 10 MHz liegt. Die letzte Stufe 16 weist eine Ausgangsleistung 22 auf, auf welcher das Ausgangssignal des Synthesegerätes steht. Dieses Ausgangssignal liegt im Beispiel zwischen 20 und 30 MHz und ist innerhalb dieser Grenzen in Stufen von 1 Hz variabel.

In noch zu erläuternder Weise ist die Ausgangsfrequenz digital wählbar, und die digitalen Steuersignale für diesen Zweck stammen von einem Steuerkanal 24. Die erste Stufe 4 umfaßt einen Multiplizierkreis 26, der das 10 MHz Bezugssignal· auf Leitung 20 multipliziert zum Erzeugen von Harmonischen im Bereich 200 bis 290 MHz auf einer Ausgangsleitung, die · ein einstellbares Bandpassfilter 28 speist. Das letztere kann mittels eines Digital-Eingang-Analogausgang-Sperrkreises 30 so gesetzt werden, daß irgendeine der Harmonischen ausgewählt wird und demgemäß ein Ausgang auf einer Leitung 32 erzeugt wird, der variabel ist zwischen 200 und 290 MHz in Stufen von 10 MHz.

Der ausgewählte Ausgang gelangt über einen durch hundert dividierenden Teilerkreis 34 auf eine Ausgangsleitung 36, auf der das Signal demgemäß zwischen 2 und 2,9 MHz in Schritten von 100 KHz variabel ist. Die Leitung 36 speist die nächste Stufe, also die Stufe 6.

Die Stufe 6 umfaßt einen Multiplizierkreis 4OA, der mit dem 10 MHz Bezugssignal von Leitung 20 beaufschlagt wird und Harmonische im Bereich 180 bis 270 MHz erzeugt, welche einem Bandpassfilter 42A zugeführt werden. Wie das Filter 28 ist auch das Filter 42A einstellbar mittels Signalen auf einer Leitung 43A von einem Digitaleingang-Analogausgang-Sperrkreis 44A zur Auswahl irgendeiner der Harmonischen, so daß auf Leitung 46A ein

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Ausgangssignal erzeugt ist, dessen Frequenz wischen 180 und 170 MHz in Schritten von 10 MHz variabel ist. Der gewählte Ausgang gelangt über einen durch zehn dividierenden Teilerkreis 48A auf einer Leitung 5OA zu einem Eingang eines Mischers 52A.

Der zweite Eingang des Mischers 52A wird von einem spannungssteuerbaren Oszillator (VCO) 54A gespeist, der steuerbar ist zum Erzeugen einer Ausgangsfrequenz im Bereich 20 bis 30 MHz. Der Differenzfrequenzausgang des Mischers 52A liegt auf einer Leitung 56A und speist einen Eingang eines piasenempfindlichen Detektors 58A, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang auf Leitung 36 von Stufe 4 beaufschlagt ist.

Der Phasendetektor 58A erzeugt ein Regelsignal auf einer Leitung 6OA, mit dem die Ausgangsfrequenz des VCO 54A so nachgeregelt wird, daß die¹ Phasen der Eingänge auf den Leitungen 36 und 56A gleichgeregelt werden.

Der Ausgang des VCO 54A gelangt außerdem auf eine Leitung 62A zu einem durch zehn dividfeenden Teilerkreis 64A, dessen Ausgangsleitung 66A den Ausgang der Stufe 6 bildet.

Der Analogausgang des Sperrkreises 44A dient in noch zu beschreibender Weise zur Steuerung der Frequenz des VCO 54A über eine Leitung 67A.

Im Betrieb wird die Frequenz des VCA 54A automatisch durch die Phasenverriegelungsschleife eingestellt, bestehend aus Mischer 52A, VCO 54A und Phasendetektor 58A derart, daß die Ausgangsfrequenz des VCO gleich der Summe der Frequenzen auf Leitungen 36 und 5OA ist.

Wenn beispielsweise der Sperrkreis 30 so gesteuert wird, daß er das Filter 28 zur Auswahl einer Frequenz von 240 MHz anstellt, so beträgt die Frequenz auf Leitung 36 2,4 MHz. Wenn gleichzeitig der Sperrkreis 44A das Filter 42A die Frequenz 190 MHz auswählen läßt, dann beträgt die Frequenz auf Leitung 5OA 19 MHz. Demgemäß arbeitet die Phasenverriegelungsschleife so, daß der Ausgang des unteren Seitenbandes auf Leitung 56A 2,4.MHz beträgt und demgemäß in Phase liegt mit dem Eingang auf Leitung 36,und diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Frequenz des VCA 54A 21,4 MHz beträgt.

Demgemäß liegt der Ausgang der Stufe 6 auf Leitung 66A zwischen 2 und 2,99 MHz und ist einstellbar in Schritten von 10 KHz.

Die Stufen 8 bis 16 haben die gleiche allgemeine Form wie die Stufe 6 und brauchen daher nicht erneut beschrieben zu werden: In den Stufen 8 bis 16 sind die den Komponenten der Stufe 6 entsprechenden Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, unterschieden nur durch die nachgestellten Buchstaben B,C,D,E bzw. F. Obwohl die Stufen 6 bis 16 in Blockdiagrammform einander gleich sind, gibt es deutliche unterschiede in ihrem Aufbau im einzelnen, wie nachstehend noch zu erläutern; diese Unterschiede beeinflussen jedoch nicht die grundsätzliche Wirkungsweise.

Es ist offensichtlich, daß die Ausgangsfrequenz auf Leitung 66B der Stufe 8 variabel ist zwischen 2 und 2,999 MHz in Schritten von 1 KHz. Dementsprechend ist der Ausgang der Stufe 10 auf Leitung 66C variabel zwischen 2 und 2,9999MHz in Schritten von 100 Hz, der Ausgang der Stufe 12 auf Leitung 66D ist variabel zwischen 2 und 2,99999 MHz in Schritten von 10 Hz und der Ausgang der Stufe 14 auf Leitung 66E schließlich ist variabel zwischen 2 und 2,999999 MHz in Schritten von 1 Hz.

In der letzten Stufe, der Stufe 16, ist der Mültiplizierkreis 42F so ausgebildet, daß er Vielfache im Bereich 180 bis 280 MHz erzeugt (anstelle von 180 bis 270 MHz, wie im Falle der Multiplizierkreise 42A bis 42E). Demgemäß beträgt die Maximalausgangsfrequenz vom Teiler 48F 28MHz. Zusätzlich vermeidet die Stufe 16 den letzten, durch 10 dividierenden Teilerkreis (entsprechend dem Teilerkreis 64A in Stufe 6). Das Ergebnis ist demgemäß, daß der VCO 54F so einstellbar ist, daß er einen zwischen 20 und 30 MHz in Schritten von 1 Hz variablen Ausgang erzeugt (die theoretisch möglichen Ausgänge oberhalb 30 MHz werden in Wirklichkeit vom VCO nicht erzeugt).

Aus vorstehender Erläuterung ergibt sich, daß in der schließBchen Ausgangsfrequenz auf Leitung 22 die Stufe 4 den Wert des niedrigststelligen Digits bestimmt und die Stufen 6 bis 14 jeweils die Werte der nächstniedrigen Digits mit zunehmendem Stellenwert bestirnten, während die Stufe 16 die Werte der beiden höchststelligen Digits festlegt.

Die Sperrkreise 30 und 44A bis 44F werden gesetzt durch digitale Signale auf einem Kanal 70, um so die erforderlichen analogen Ausgänge zu erzeugen zum Einstellen der Bandpassfilter 28 und 42A bis 42F entsprechend

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den Einstellungen, die notwendig sind zum Erzeugen der notwendige Ausgangsfrequenz auf Leitung 22. Die Digitalsignale auf dem Kanal 70 werden in diesem Beispiel von einem Festwertspeicher (ROM) 72 geliefert, der die Digitalausgänge in Abhängigkeit von Digitalsignalen liefert, die auf dem Steuerkanal 24 empfangen werden. Der ROM 72 enthält Suchtabellenwerte, die es ermöglichen, irgendwelche Nichtlinearitäten zwischen den Analogsteuereingängen der Bandpassfilter und der Frequenzen auszugleichen, auf welche diese Eingänge die Filter setzen. Es ist jedoch klar, daß der ROM 72 nicht erforderlich ist, wenn es keine solchen Nichtlinearitäten gibt oder wenn die Digitalsignale auf Leitung 24 bereits vorher verarbeitet worden sind, um derartige, eventuell vorhandene Nichtlinearitäten zu eliminieren.

UhI die Arbeitsgeschwindigkeit des Synthesegerätes zu steigern, d.h. die Geschwindigkeit, mit der es sich selbst auf die Erzeugung einer neuen gewünschten Ausgangsfrequenz einstellt, wird der Analogausgang jedes der Sperrkreise 44A bis 44F gleichzeitig mittels der entsprechenden Leitungen 67A bis 67F verwendet, um den entsprechenden zugeordneten VCO 54A bis 54F auf etwa die richtige Frequenz für die Phasenverriegelung einzustellen. Dies stellt sicher, daß der VCO auf eine Frequenz gebracht wird, bei der die Schleife sich auf dem Differenzfrequenzausgang vom Mischer verriegelt, anstatt auf den Summenfrequenzausgang. Da die Ausgangsfrequenz des VCO in irgendeiner der Stufen im Verriegelungszustand etwa proportional der Ausgangsfrequenz des Bandpassfilters in der betreffenden Stufe ist, ergibt sich, daß der VCO in befriedigender Weise auf etwa die richtige Frequenz gebracht werden kann durch Verwendung desselben analogen Steuersignals in der betreffenden Stufe, wie es für die Steuerung der Bandpassfilter verwendet wird.

Die Verwendung des Multiplizierschaltkreises und des Bandpassfilters in jeder Synthesegerätstufe ist sehr vorteilhaft verglichen mit der Verwendung beispielsweise einer Phasenverriegelungsschleife für die Multiplikation, weil man dadurch ein viel besseres Rauschverhalten erreicht. Wenn eine Phasenverriegelungsschleife für die Multiplikation in jeder Synthesegerätstufe eingesetzt wird, wird auch das Rauschen ebenso multipliziert, das von jedem Teiler dieser Phasenverriegelungsschleife erzeugt wird. Dies tritt hingegen bei der beschriebenen Schaltungsanordnung nicht ein.

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Die durch 10 dividierenden Teilerkreise hinter jedem Bandpassfilter in den Stufen 6 bis 16 sind vorteilhaft, weil sie viel sauberere Ausgangssignale mit weniger Störsignalen erzeugen als der Fall wäre, wenn man sie wegließe und die Bezugsfrequenz entsprechend herabgesetzt würde.

Die Verwendung der Multiplizierkreise und selektiven Bandpassfilter ist außerdem vorteilhaft, weil eine viel schnellere Frequenzeinrastung ermöglicht wird als wurden Phasenverriegelungsschleifen für die Multiplikation eingesetzt, und solche Phasenverriegelungsschleifen bedingen darüberhinaus Bandbreitebeschränkungen. Das beschriebene Synthesegerät kann einfach gesteuert werden, um Frequenzüberstreichungen über bestimmte Frequenzbänder durchzuführen,und zwar in Schritten vorgegebener Größe.

Wegen der Kaskadenanordnung der Stufen ist das Rauschverhalten (Signal-Rausch-Verhältnis) und der Störsignalanteil erforderlich für die Stufen, um einen schließlichen Ausgang mit einem gegebenen Signal-Rausch-Verhältnis und maximalem Rauschsignalgehalt zu erreichen viel geringer für die Stufen bei Beginn der Serie als für die hinteren Stufen, insbesondere die Stufen 14 und 16. Deshalb wurden, obwohl die Stufen 4 bis theoretisch einander gleichen hinsichtlich Blockdiagramm und Funktion, in der Praxis hinsichtlich der detaillierten Schaltungsausführung bei den Stufen 14 und 16 viel sorgfältiger auszulegen sein als hinsichtlich der Stufen 4 bis 12, um eine bessere Rauschunterdrückung und Störsignalunterdrückung herbeizuführen.

Falls gewünscht, kann die schließliche Ausgangsfrequenz auf Leitung über einen durch 2 dividierenden Teiler 74 geführt werden, um eine Frequenz auf Leitung 76 zwischen 10 und 15 MHz in 1/2 Hz-Schritten zu erzeugen.

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Claims

Ansprüche

1 .J Schaltungsstufe eines Frequenzsynthesegerates zum Erzeugen einer wählbaren Frequenz, deren Wert den Wert eines der Digits in einer synthetisierten Ausgangsfrequenz bestimmt, gekennzeichnet durch einen auf eine vorgegebene Bezugsfrequenz ansprechend ausgebildeten Schaltkreis (40) zum Erzeugen von Vielfachen der Bezugsfrequenz, die innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs liegen, durch ein selektiv einstellbares Bandpassfilter (42) zum Wählen eines der Frequenzvielfachen zwecks Erzeugung einer Steuerfrequenz und durch einen Kombinierschaltkreis (52-58) zum Erzeugen der Zwischenfrequenz aus einer Kombination der Steuerfrequenz und der einstellbaren Frequenz einer vorhergehendem Stufe.
2. Schaltungsstufe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Teilerschaltkreis (64) mit festgelegtem Divisor, die zum Dividieren des ausgewählten Vielfachen angeschlossen ist zwecks Erzeugung der Steuerfrequenz.
3. Schaltungsstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationsschaltkreis (52-58) einen steuerbaren Oszillator (54) umfaßt, der in eine Phasenverriegelungsschleife derart geschaltet ist, daß er von der Schleife auf die Erzeugung der einstellbaren Frequenz in Abhängigkeit von der Summe der Steuerfrequenz und der einstellbaren Frequenz der vorgehenden Stufe verriegelbar ist.
4. Schaltungsstufe nach einem der vorangegehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis (72) zum Erzeugen eines Steuersignals für das selektive Einstellen des Bandpassfilters (42), und durch Aus-

bildung des steuerbaren Oszillators (54) derart, daß er auf dieses Steuersignal anspricht, um durch dieses in etwa auf den zutreffenden Wort gesetzt zu worden zum Bewirken der Frequenzeinrastung in der Phasenverriegelungsschleife.
5. Frequenzsynthesegerät, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Schaltungsstufen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine erste Stufe (4) zum Erzeugen einer einstellbaren Frequenz und eine Serie von Zwischenstufen (6-14) zum Erzeugen zugeordneter, einstellbarer Frequenzen in Kaskade geschaltet sind derart, daß den Zwischenstufen die einstellbare Frequenz der jeweils vorangehenden Stufe zugeführt wird und der ersten Zwischenstufe (6) die einstellbare Frequenz der ersten Stufe (4) zugeführt wird, während eine letzte Stufe (16) so angeschlossen ist, daß sie mit der einstellbaren Frequenz der letzten Zwischenstufe (14) der Serie gespeist wird.