RU127557U1 - Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты - Google Patents
Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты Download PDFInfo
- Publication number
- RU127557U1 RU127557U1 RU2012152559/08U RU2012152559U RU127557U1 RU 127557 U1 RU127557 U1 RU 127557U1 RU 2012152559/08 U RU2012152559/08 U RU 2012152559/08U RU 2012152559 U RU2012152559 U RU 2012152559U RU 127557 U1 RU127557 U1 RU 127557U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- output
- phase
- solid
- direct digital
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Abstract
Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты, включающее функциональный блок, содержащий последовательно соединенные накопитель кода фазы, преобразователь кода фазы Ки блок выходного каскада, выполненные с возможностью тактирования от опорного генератора, отличающееся тем, что блок выходного каскада содержит по меньшей мере один каскад, включающий фазовращатель, обеспечивающий возможность формирования синусоидального I и квадратурного Q сигналов и соединенный с входами смесителей, которые соединены другими своими входами с генератором прямого цифрового сигнала, а своими выходами с сумматором, обеспечивающим возможность формирования результирующего сигнала на выходе.
Description
Полезная модель относится к области сверхвысокочастотной электронике и может быть использована при создании твердотельных устройств формирования СВЧ сигналов оптимизированных СВЧ параметров, применяемых в системах радиосвязи, в тестовом, измерительном и коммутационном оборудовании различного назначения.
Из уровня техники известно устройство, содержащее последовательно соединенные фазовый накопитель многоуровневых сигналов, преобразователь фазы указанных сигналов в их амплитуду, цифроаналоговый преобразователь и фильтр выходных частот синтезатора, а также источник тактовой частоты, своим выходом соединенный с входами синхронизации указанных фазового накопителя, входом преобразователя фазы в их амплитуду и цифроаналогового преобразователя. Источник тактовой частоты выполнен в виде М опорных генераторов тактовой частоты, подключенных своими выходами к соответствующим входам первого высокочастотного многоканального переключателя, выход которого является выходом указанного источника тактовой частоты, а фильтр выходных частот синтезатора выполнен в виде схемы многоканальной высокоизбирательной частотной фильтрации, содержащей второй высокочастотный многоканальный переключатель, на входе соединенный с выходом цифроаналогового преобразователя и на выходе - параллельно с входами N полосовых фильтров на поверхностных акустических волнах, в количестве N≥2, параллельно соединенных своими выходами с соответствующими входами третьего высокочастотного многоканального переключателя, выход которого является выходом цифрового вычислительного синтезатора многоуровневых сигналов, причем к каждому из трех упомянутых переключателей подключен блок управления их синхронным переключением (см. патент РФ №244067, кл. H03L 7/16, опубл. 20.01.2012).
Недостатками известного устройства является сложное конструктивное выполнение и недостаточно высокие рабочие характеристики.
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.
Технический результат заключается в минимизации дискретных составляющих в радиочастотном спектре твердотельного устройства формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты.
Технический результат обеспечивается тем, что твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты включает функциональный блок, содержащий последовательно соединенные накопитель кода фазы, преобразователь кода фазы кφ и блок выходного каскада, выполненные с возможностью тактирования от опорного генератора. При этом блок выходного каскада содержит по меньший мере один каскад, включающий фазовращатель, обеспечивающий возможность формирования синусоидального I и квадратурного Q сигналов и соединенный с входами смесителей, которые соединены другими своими входами с генератором прямого цифрового сигнала, а своими выходами с сумматором, обеспечивающим возможность формирования результирующего сигнала на выходе.
Сущность настоящей полезной модели поясняется следующими иллюстрациями:
фиг.1 - отображено устройство в схематическом виде;
фиг.2 - отображен график функции, характеризующий распределение флуктуаций;
фиг.3 - отображен график функции, характеризующий рабочую частоту;
фиг.4 - отображен график функции, характеризующий рабочую частоту;
фиг.5 - приведена зависимость уровня дискретных составляющих в радиочастотном спектре сигнала ТУФС с ПЦСЧ от значения рабочих частот в высокочастотной части диапазона рабочих частот ТУФС с ПЦСЧ 200÷400 МГц.
фиг.6 - приведено экспериментально измеренное распределение вероятности флуктуации напряжения на выходе ЦАП P(ΔU) от номера разряда ΔU;
фиг.7 - отображен в схематическом виде каскад блока выходного каскада.
Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты включает функциональный блок, содержащий последовательно соединенные накопитель кода фазы (НКФ), преобразователь кода (ПК) фазы кφ и блок выходного каскада (БВК), выполненные с возможностью тактирования от опорного генератора (ОГ) (см. фиг.1). При этом каскад БВК содержит фазовращатель, соединенный с входами смесителей, которые соединены другими своими входами с генератором прямого цифрового сигнала (DDS) и своими выходами с сумматором, обеспечивающим возможность формирования результирующего сигнала. Фазовращатель тактируется от опорного генератора (см. фиг 7).
Настоящее устройство функционирует следующим образом.
На вход НКФ поступает код частоты Kf, а в регистре НКФ записан код начальной фазы кφ0. С каждым импульсом тактовой частоты в НКФ к текущему коду фазы прибавляется код частоты Kf, так, что на выходе НКФ накапливается код выходной фазы:
кφ(i)=Kφ0+∑Kf,
где, i - текущий номер тактового импульса.
Форма выходного колебания на периоде записана в преобразователе кода (ПК) в виде зависимости кода ординаты кs от кода фазы кφ. Разрядность кs обычно ниже, чем разрядность kφ, так как требования к погрешностям установки фазы выходного колебания значительно выше, чем требования к амплитудному шуму дискретизации по ординатам.
Выходное колебание ТУФС с ПЦСЧ имеет ступенчатый характер и аппроксимирует с фиксированной погрешностью дискретизации по уровням и по времени нужную периодическую функцию времени. Фазовый шум (функция распределения флуктуации), обусловленный квантованием фазы (см. фиг.2.).
В схеме ТУФС с ПЦСЧ (фиг.1.) фактически отсутствуют частотно-зависимые узлы, поэтому диапазон значений частоты выходного сигнала может быть чрезвычайно широким.
Стабильность частоты выходного сигнала ТУФС с ПЦСЧ определяется, погрешностями вида «дрожание фазы» цифровых вычислительных узлов, выходным шумом выходного каскада, но, в основном, - фазовыми шумами и частотным дрейфом, вносимым опорным генератором и измеренный СПФШ ТУФС с ПЦСЧ слабо отличается от СПФШ опорного генератора.
НКФ в ТУФС с ПЦСЧ формирует последовательность кодов мгновенной фазы сигнала, которая изменяется линейно. Скорость изменения фазы задается кодом частоты. Далее с помощью ПК линейно изменяющаяся фаза преобразуется в изменяющиеся по синусоидальному закону отсчеты выходного сигнала. Эти отсчеты поступают на каскад БВК, на выходе которого формируется выходной сигнал.
Измерения проведенные в описанной выше конструкции, при некоторых значениях кода частоты, вызванные усечением кода фазы, например при рабочей частоте f0=252,0 МГц, невелики (фиг.3.), в то время как при других значениях кода частоты, например, при рабочей частоте f0=299,8 МГц, эти составляющие имеют максимальный уровень (фиг.4.).
Причиной полученных результатов является тот факт, что целое число отсчетов на период укладывается лишь в частном случае. Как правило, на каждом новом периоде сигнала отсчеты находятся в новых местах, что приводит к появлению гармонических составляющих, период повторения которых зависит от кода частоты, разрядности аккумулятора фазы и от разрядности используемого кода фазы.
Исследования показывают периодическую зависимость уровня дискретных составляющих от значения рабочих частот. Минимальное значение уровня дискретных составляющих в радиочастотном спектре сигнала ТУФС с ПЦСЧ достигается при значениях рабочих частот, равных fp=fclk/n, где n - целое число, когда в отбрасываемой части кода фазы всегда все нули. При увеличении рабочих частот уровень дискретных составляющих увеличивается, но не превышает уровня -80 дБ.
Зависимость в высокочастотной части диапазона рабочих частот ТУФС с ПЦСЧ 200÷400 МГц (фиг.5.), значения которых приближаются к половине тактовой частоты fclk/2, показывает нарастание уровня дискретных составляющих до уровня -60дБ.
В общем случае рабочая частота ТУФС (при выполнении условия fp≤fclk/2 может быть представлена в виде ряда:
Поскольку предельное значение частоты, в основном, ограничивается частотой подачи отсчетов на блок выходного каскада, теоретически частотацифрового выходного сигнала не может превышать половины частоты отсчетов. Для реализации вышеприведенного условия необходимо обеспечить цифровое квадратурное перемножение сигналов с частотами fcLk/n
Цифровое квадратурное перемножение сигналов обеспечивает формирование однополосного высокочастотного сигнала, то есть обеспечивает фильтрацию выходного сигнала в узкой полосе частот.
Схема построения выходного каскада БВК отображена на фиг.7. Формирование однополосного высокочастотного сигнала, то есть фильтрация выходного сигнала в узкой полосе частот, обеспечивается каскадом БВК. Каждый каскад состоит из фазовращателя, формирующего синусоидальный I и квадратурный Q сигналы с частотой fclk/n, которые соединены с первыми входами смесителей, а на вторые входы смесителей подается сигнал fclk/m т генератора DDS, а выходы смесителей соединены с входами сумматора, на выходе которого формируется результирующий сигнал, при этом количество каскадов зависит от заданной точности формирования номинала частоты.
При преобразовании квадратурного сигнала, на смесители подаются синусоидальный и косинусоидальный сигналы частоты fclk/n, которые образуются внутренним фазовращателем из внешнего сигнала тактовой частоты fclk и сигнала fclk/m. В случае необходимости количество перемножаемых сигналов может быть больше, и схема может иметь ступенчатую структуру. В каждой ступени выходные сигналы на выходе умножителей суммируются таким образом, что составляющие с одинаковой фазой складываются, тогда, как квадратурные компоненты вычитаются друг из друга и подавляются. Итоговый результат (без дополнительной фильтрации) представляет собой однополосный сигнал, с подавлением несущей и ненужной боковой полосы.
На фиг.6 приведена схема создания одной ступени формирования частоты с помощью квадратурных преобразований.
Погрешности фаз квадратурных сигналов I и Q внутри программы логической интегральной схемы (ПЛИС) можно корректировать за счет программирования ПЛИС. Соотношение ее выходных сигналов строго квадратурное и оно - неизменно. Полученная степень подавления дискретных составляющих обеспечивается при погрешности фаз входных сигналов менее 0.3°. Таким образом, разработанный алгоритм формирования сигнала ТУФС с ПЦСЧ на основе цифрового квадратурного перемножения частот, полученных делением тактовой частоты, позволяет реализовать эффективное подавление дискретных составляющих не менее 80 дБ.
Сравнение радиочастотных спектров сигнала ТУФС с рабочей частотой f0=299,8 МГц с прямым цифровым синтезом по алгоритму с усеченным кодом фазы и с квадратурным прямым цифровым синтезом показывает эффективность алгоритма квадратурного цифрового синтеза, обеспечивающего уровень подавления дискретных составляющих в радиочастотном спектре сигнала ТУФС более 80 дБ.
Claims (1)
- Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты, включающее функциональный блок, содержащий последовательно соединенные накопитель кода фазы, преобразователь кода фазы Кφ и блок выходного каскада, выполненные с возможностью тактирования от опорного генератора, отличающееся тем, что блок выходного каскада содержит по меньшей мере один каскад, включающий фазовращатель, обеспечивающий возможность формирования синусоидального I и квадратурного Q сигналов и соединенный с входами смесителей, которые соединены другими своими входами с генератором прямого цифрового сигнала, а своими выходами с сумматором, обеспечивающим возможность формирования результирующего сигнала на выходе.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152559/08U RU127557U1 (ru) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152559/08U RU127557U1 (ru) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU127557U1 true RU127557U1 (ru) | 2013-04-27 |
Family
ID=49154330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012152559/08U RU127557U1 (ru) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU127557U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177630U1 (ru) * | 2017-03-28 | 2018-03-02 | Алексей Владимирович Зюзин | Устройство формирования многочастотного квазишумового сигнала |
RU190477U1 (ru) * | 2018-10-01 | 2019-07-02 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство формирования многочастотных псевдошумовых сигналов |
-
2012
- 2012-12-06 RU RU2012152559/08U patent/RU127557U1/ru active IP Right Revival
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177630U1 (ru) * | 2017-03-28 | 2018-03-02 | Алексей Владимирович Зюзин | Устройство формирования многочастотного квазишумового сигнала |
RU190477U1 (ru) * | 2018-10-01 | 2019-07-02 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство формирования многочастотных псевдошумовых сигналов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7015733B2 (en) | Spread-spectrum clock generator using processing in the bitstream domain | |
CN102361396B (zh) | 异形伪随机序列控制抖频振荡器 | |
Flanagan et al. | Spur-reduced digital sinusoid synthesis | |
US9071195B2 (en) | Method and system for signal synthesis | |
CN105122650A (zh) | 利用可变频率梳线的合成器方法 | |
WO2015016734A1 (en) | Spread-spectrum clock generation circuit, integrated circuit and apparatus therefor | |
US8949301B2 (en) | Numerically controlled oscillator and oscillation method for generating function values using recurrence equation | |
KR100973725B1 (ko) | Dds를 이용한 클럭 발생 장치 | |
RU127557U1 (ru) | Твердотельное устройство формирования сигнала с прямым цифровым синтезом частоты | |
CN103368538A (zh) | 一种开关频率范围可调的数字脉宽调制装置及方法 | |
Aluthwala et al. | A simple digital architecture for a harmonic-cancelling sine-wave synthesizer | |
RU2449463C1 (ru) | Способ для определения рабочих параметров фазовой автоподстройки частоты генератора и устройство для его реализации | |
Wang et al. | High-accuracy amplitude and phase measurements for low-level RF systems | |
Fang et al. | Design and simulation of DDS based on Quartus II | |
RU2721408C1 (ru) | Цифровой вычислительный синтезатор с быстрой перестройкой частоты | |
Samarah | A 320 mhz digital linear frequency modulated signal generator for radar applications using fpga technology | |
Gupta et al. | An Improved Analog Waveforms Generation Technique using Direct Digital Synthesizer | |
RU112555U1 (ru) | Модулятор параметров фазового детектора | |
RU214526U1 (ru) | Гибридный синтезатор частот на основе быстродействующего цифроаналогового преобразователя в специальных режимах работы | |
Abdul-Jabbar et al. | Performance Analysis of Single-Multiplier Digital Sine-Cosine Generators | |
Gonzalez-Diaz et al. | Fractional frequency synthesizers with low order time-variant digital sigma-delta modulator | |
CN111064466B (zh) | 一种负反馈方法及其系统 | |
JP2013170976A (ja) | 移動体通信機器試験用信号発生装置およびその周波数制御方法 | |
RU90915U1 (ru) | Цифровой синтезатор частот | |
Reddy et al. | Design and Memory Optimization of Hybrid M-GDI Numerical Controlled Oscillator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20131207 |
|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20160127 |
|
PC12 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for utility models |
Effective date: 20160516 |