RU13279U1 - Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией - Google Patents

Abstract

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, импульсно-фазовый детектор и фильтр нижних частот, последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, а также блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющим входом управляемого аттенюатора, причем модулирующий вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня паразитной частотной модуляции при одновременном увеличении быстродействия и сохранении широкого диапазона модулирующих частот информационным сигналом, в него введены последовательно соединенные интегрирующий фильтр, усилитель постоянного тока, инвертор и управляемый фазовращатель, при этом вход интегрирующего фильтра соединен с выходом фильтра нижних частот, второй вход управляемого фазовращателя соединен с выходом управляемого генератора, а выход управляемого фазовращателя является выходом устройства.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве возбудителя передатчика с частотной модуляцией и гетеродина приемника без подачи модулирующего сигнала.

Известен цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией (ЧМ), построенный на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАНЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДНКД) в цепи обратной связи, в котором модулируюпщй сигнал подается на второй (модулирующий) вход управляемого генератора (УГ) (см. патент США № 4110707, Н 03 С 3/10, 1978). В таком ЦСЧ можно получить на выходе частотно-модулированный сигнал с практически неограниченной сверху по частоте полосой модуляции. Недостаток его состоит в ограничении снизу диапазона модулируюпщх частот ю-за действия обратной связи в кольце ИФАПЧ.

Модуляция УГ по его модоотщ)ующему входу воспринимается кольцом ИФАПЧ как внешнее возмущение, которое по цепи отрицательной обратной связи отрабатывается в сторону его уменьшения. Эта реакция происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой фильтром нижних частот (ФНЧ), то есть только на низких частотах. Поэтому для распшрения диапазона прохождения модулирующего сигнала в сторону низких частот необходимо сужать полосу пропускания кольца ИФАПЧ. Для этого нужно делать ФПЧ на выходе импульсно-фазового детектора более инерционным, что приводит к снижению быстродействия ЦСЧ с ЧМ.

Паиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с ЧМ (см. а. с. СССР №919040, Н 03 С 3/10 Н 03 L 7/16, 1982), в котором для формирования частотно-модулированного сигнала в широкой полосе модулирующих частот используется комбинированный двухточечный способ, когда модулируюпщй сигнал поступает на модулирующий вход УГ и через интегратор одновременно на модулирующий вход импульсно-фазового модулятора, включенного в опорном канале между делителем частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) и импульсно-фазовым детектором (ИФД).

При двухточечной модулящ1и по этому способу с помощью импульснофазового модулятора (ИФМ) импульсы на опорном входе ИФД должны быть промодулированы по фазе так яю , как импульсы после ДПКД, то есть синфазно. Тогда на выходе ИФД не будет импульсного сигнала ошибки от модуляции и, следовательно, не будет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение. Иначе говоря, кольцо ИФАПЧ в этом сл)ае как бы разомкнуто по модулирующему воздействию. При имеется принципиальная возможность попустить в ЦСЧ модулирующий сигнал в широкой полосе частот без искажений и с сохранением такого же высокого быстродействия, как и без модуляции.

поскольку выбор ФНЧ теперь уже практически пе зависит от условия прохождеиия заданной полосы модулирующих частот.

Однако, и в этом быстродействие известного ЦСЧ остается недостаточным, что обусловлено инерционностью ФНЧ в кольце ИФАПЧ. Инерционность ФНЧ в этом ЦСЧ в основном определяется необходимостью подавления до заданного уровня помех в цепи управления УГ с частотами, кратными частоте сравнения. Известно, что частота сравнения Fcp в однокольцевом ЦСЧ выбирается, исходя из заданного шага сетки частот Рщ и не может превышать его, то есть Fn,Fcp . При сушествующей тенденции к уменьшению шага сетки частот и ужесточению норм по подавлению п азитной частотной модуляции полоса пропускания в кольце ИФАПЧ обычно намного меньше частоты сравнения, что резко снижает быстродействие ЦСЧ.

Кроме того, паразитная частотная модуляция в ЦСЧ с ЧМ увеличивается тогда, когда модулирующие частоты близки к частоте сравнения. Это объясняется тем, что в результате взаимодействия частоты сравнения Fcp с моду;шрующими частотами FM на выходе импульсно фазового детектора формируется комбинационные частоты FK , т.е. ИФД работает как смеситель: FK п F ± k Fq. Причем суммарные комбинационные составляюш;ие не проходят через ФПЧ, а разностиые могут пройти и промодулировать частоту УГ.

В известном ЦСЧ с двухточечной ЧМ происходит компенсация реакции кольца ИФАПЧ на основное модулирующие воздействие по УГ, а устранить дополнительную паразвпную частотную модуляцию (ПЧМ) от комбинационных частот FK затруднительно, так как в компенсирующем сигнале, поступающем на модулирующий вход ИФМ через ряд узлов, этих комбинационных составляющих нет. Таким образом, для повышения подавления ПЧМ от указанных воздействий необходимо увеличивать ин ционность ФНЧ, а это приводит к снижению быстродействия синтезатора.

Целью предлагаемого технического решения является уменьшение уровня паразитной частотной модуляции при одновременном увеличении быстродействия и сохранении широкого диапазона модулирующих частот информационным сигналом.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с п земенным коэ ициентом деления, импульснофазовый детектор и фильтр нижних частот, последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом импульсно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемБш аттенюатор и интегратор, выход которого соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, а также блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и заправляющим входом управляемого аттенюатора, Щ)ичем модулирующий вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала, введены последовательно соединенные интегрщ)ующий фильтр, усилитель постоянного

тока, инвертор и управляемый фазовращатель. При этом вход интегрирующего фильтра соединен с выходом фильтра нижних частот, второй вход управляемого фазовращателя соединен с выходом управляемого генератора, а выход Заправляемого фазовращателя является выходом устройства.

Существенным отличием предложенного ЦСЧ с ЧМ является дополнительное подавление (компенсация) ПЧМ выходного сигнала с помощью введенных новых элементов, объединенных соотвегствз ющими связями с остальными узлами синтезатора. Такое перераспределение подавления ПЧМ между фильтром нижних частот и вновь введенными элементами позволило уменьпштъ инерционность этого фильтра и тем самым повысить быстродействие ЦСЧ. Иначе говоря, в предложенном ЦСЧ не только повышено подавление ПЧМ, но и одновременно увеличено быстродействие. При этом значительно подавляется ПЧМ, вызванная не только помехами с частотами, кратными частоте сравнения, но и комбинационными частотами, появляющимися в результате взаимодействия частот информационного модулирующего сигнала, близких к частоте Fcp, с гармониками частоты сравнения на выходе ИФД, т.е. по сравнению с прототипом происходит дополнительное улучшение и модуляционного параметра ЦСЧ с ЧМ.

Предлагаемое техническое решение, по мнению заявителя, обладает существенными отличиями, так как при поиске не выявлены аналоги, содержапще признаки, сходные с отличительными.

На фигуре 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства. На фигуре 2 представлена эквивалентная схема дополнительного компенсатора помех. На фигуре 3 представлены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), определяющие степень подавления ПЧМ дополнительным компенсатором.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией содержит соединенные в кольцо управляемый генератор УГ1, делитель частоты с переменным коэффициентом деления Д11КД2, импульсно-фазовый детектор ИФДЗ и фильтр нижних частот ФНЧ4, выход юлхзрого соединен с управляющим входом УГ1, последовательно соединенные опорный генератор ОГ5, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД6 и импульсно-фазовый модулятор ИФМ7, выход которого соединен с вторым входом ИФДЗ, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала ИМС8, управляемый аттенюатор УА9 и интегратор ИНТ10, выход которого соединен с модулируюШ им входом ИФМ7, а также блок установки частоты БУЧИ, выход которого соединен с установочным входом Д11КД2 и управляюш им входом УА9, причем модулирующей вход УГ1 соединен с выходом ИМС8, последовательно соединенные интегрирующий фильтр ИФ12, усилитель постоянного тока УПТ13, инвертор ИНВ14 и управляемый фазовращаггель УФВ15. При этом вход ИФ12 соединен с выходом ФНЧ4, второй вход УФВ15 соединен с выходом УГ1, а выход УФВ15 является выходом устройства.

После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ при введении модулирующего нанр51жения от ИМС8 на модулирующий вход УГ1 происходит его частотная модуляция. При этом на выходе ДПКД2 импульсы будут промодулированны по фазе в соответствии с модулирующим сигналом. Для компенсации этой реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ1 модулирующий сигнал от ИМС8 одновременно подается через УА9, интегратор ИНТ 10 на модулирующий вход ИФМ7, в котором происходит модуляция опорных импульсов с выхода ДФКД6 по фазе так же, как промодулированны импульсы с выхода ДПКД2. В результате сравнения одинаково промодулированных по фазе входных импульсов ИФДЗ не образуется сигнал опшбки от модуляции на его вьБсоде. Следовательно, нет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ1. В ухфавляющем сигнале, поступающем с выхода ФПЧ4 на управляющий вход УГ1, есть только составляющие помех, кратных частоте сравнения Рф и комбинационные составляюш;ие FK, которые вызывают соответствующзлю паразитную угловую модуляцию выходного сигнала УГ1. С выхода УГ1 на второй вход УФВ15 поступает высокочастотный сигнал, промодулированный информационным сигналом и содержащий паразитную частотную модуляцию. В предложенном синтезаторе, чтобы компенсировать эту ПЧМ, с выхода ФНЧ4 паразитные приращения управляющего напряжения Aen(t), вызывающее паразитное приращение частоты на выходе УГ1, поступает через ИФ12, УПТ13 и ИНВ14 на первый вход управляемого фазовращателя УФВ15.

Модулирующее напряжение Ae(t), поступающее с выхода ИНВ14 на первый вход УФВ15, вызывает противофазную (обратную) модуляцию высокочастотного сигнала с УГ1 с ПЧМ, поступающего на второй вход УФВ15. В результате на выходе УФВ15 формируется высокочастотный сигнал синтезатора со значительно подавленной ПЧМ и с сохранением полезной модуляции информационным сигналом в широкой полосе модулирующих частот. Степень подавления ПЧМ при этом зависит от выбора п аметров введенной схемы компенсации ПЧМ.

Рассмотрим работу схемы, выделенную пунктиром на фигуре 1.

Составим для нее эквивалентную операторную схему для паразитных частотных приращений выходного сигнала УГ1.

Паразитные приращения частоты на выходе УГ1 в операторном виде

4/;(/)(р)где Syr - крутизна управленЕш УГ1. В этом с.11учае приращение фазы

Следовательно, Ae(p) (p).

Тогда эквивалентная схема компенсатора имеет вид, представленный на фигуре 2. Для этой эквивалентной схемы определим передаточную функцию

r(p) M() ,(,)

4/i(p)l +

где (р} остаточное п азитное приращение частоты на выходе устройства в операторном виде, Гэ - постоянная времени эквивалентного фильтра верхних частот,

причем , откуда при заданных 5фи и Syr коэффи1.П Syp циент усиления УПТ должен быть равен К --.

8фм - 1футизна управления УФВ15,

Как видно, выражение (1) представляет из себя передаточную функцию эквивалентного фильтра нижних частот

(,). 1 .,,

1 + рТ l + pTj

Заменив в (2) оператор р на у/2, получим комплексную частотнзто характеристику компенсатора

w(ja} ,

V-/-| ,

1 + уПГэ

откуда амплитудно-частотная характеристика ( т.е. модуль выражения W(/n)}, которая определяет степень подавления ПЧМ с частотами , кратными частоте сравнения ИФДЗ, а также с комбинационными частотами будет иметь вид

() I ,-(3)

VI +

2 Syf

27Г SypT

Как видно из фиг.З, за счет перераспределения подавления ПЧМ между первым ФНЧ4 и вновь введенными узлами схемы компенсации можно увеличить общее подавление ПЧМ в выходном сигнале устройства и одновременно повысить быстродействие ЦСЧ за счет уменьшения инерционности ФНЧ4 с сохранением широкой полосы модулирующих частот информационным сигналом.

Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводится блоки типовые и могут быть выполнены на широко известных микросхемах: усилитель постоянного тока и инвертор могут быть выполнены на основе операционных усилителей (например, на микросхеме 544 УД2), интегрирующий фильтр ИФ12 представляет собой интегрирующую КСцепь. Управляемый фазовращатель УФВ15 можно построить на параллельных или последовательных колебательных контурах. В качестве изменяемого параметра в таком устройстве используется емкость варикапа, на который подается управляющее напряжение (см., например. Проектирование радиолокационных приемных устройств: Учебное пособие для радиотехн. спец. ВУЗов. Под ред. М.А.Соколова. - М.:Высщ.щк., 1984, С.122).

Таким образом, применение предлагаемого цифрового синтезатора частот с частотной модуляцией позволяет уменьшить паразитную частотную модуляцию выходного сигнала при одновременном увеличении быстродействия и решить задачу получения частотной модуляции в широком диапазоне модулирующих частот с минимальными искажениями.

Claims (1)

1. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, импульсно-фазовый детектор и фильтр нижних частот, последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, а также блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющим входом управляемого аттенюатора, причем модулирующий вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала, отличающийся тем, что, с целью уменьшения уровня паразитной частотной модуляции при одновременном увеличении быстродействия и сохранении широкого диапазона модулирующих частот информационным сигналом, в него введены последовательно соединенные интегрирующий фильтр, усилитель постоянного тока, инвертор и управляемый фазовращатель, при этом вход интегрирующего фильтра соединен с выходом фильтра нижних частот, второй вход управляемого фазовращателя соединен с выходом управляемого генератора, а выход управляемого фазовращателя является выходом устройства.