RU146798U1

RU146798U1 - FREQUENCY SYNTHESIS PRELIMINARY FREQUENCY INSTALLATION

Info

Publication number: RU146798U1
Application number: RU2014126799/08U
Authority: RU
Inventors: Денис Юрьевич Вишняков; Леонид Николаевич Казаков
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2014-10-20

Abstract

Синтезатор частот с предварительной установкой частоты, состоящий из микроконтроллера и последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, частотно-фазового детектора, блока коммутируемой зарядовой накачки, нелинейного петлевого фильтра, который содержит первый конденсатор, первый вывод которого соединён с выходом блока коммутируемой зарядовой накачки и первым выводом параллельно включённых первого резистора и встречновключенных двух диодов, второй вывод первого конденсатора заземлён, второй вывод первого резистора и встречновключенных диодов соединён с отрицательным входом операционного усилителя и первым выводом второго конденсатора; и управляемого генератора, выход которого соединен с делителем частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом частотно-фазового детектора, отличающийся тем, что опорный генератор соединен с делителями частоты с переменным и фиксированным коэффициентами деления через электронный ключ, и в петлевой фильтр добавлен электронный ключ, причем первый вывод ключа соединен с отрицательным выводом операционного усилителя, а второй вывод ключа соединён с первым выводом третьего резистора, вторые выводы первого и третьего резисторов объединены с первым выводом третьего конденсатора, выводы второго и третьего конденсаторов объединены с выходом операционного усилителя и входом управляемого генератора, положительный вход операционного усилителя заземлён, ключи соединены с микроконтроллером, блок коммутируемой зарядовой накачки дополнительно снабжен шиной управления, соеди�A frequency synthesizer with a frequency preset, consisting of a microcontroller and a series-connected reference oscillator, a frequency divider with a fixed division ratio, a frequency-phase detector, a switched charge pump unit, a nonlinear loop filter that contains a first capacitor, the first output of which is connected to the output of the switched block charge pump and the first output of the parallel-connected first resistor and the on-board two diodes, the second output of the first capacitor grounded, the second terminal of the first resistor and the on-connected diodes connected to the negative input of the operational amplifier and the first terminal of the second capacitor; and a controlled generator, the output of which is connected to a frequency divider with a variable division coefficient, the output of which is connected to the second input of the frequency-phase detector, characterized in that the reference generator is connected to frequency dividers with variable and fixed division factors through an electronic key, and into a loop filter an electronic key is added, the first key output connected to the negative terminal of the operational amplifier, and the second key output connected to the first output of the third resistor, the second terminals th and third resistors are combined to the first terminal of the third capacitor, the second and third terminals of capacitors integrated with the output of the operational amplifier and the input of controlled oscillator, the positive input of the operational amplifier is grounded, the keys are connected to the microcontroller unit switched charge pump is additionally provided with control bus Cpd

Description

Данная полезная модель относится к области радиосвязи, радиотехнике.This utility model relates to the field of radio communications, radio engineering.

На сегодняшний день известны синтезаторы частот косвенного типа с применением колец импульсно-фазовой автоподстройки частоты, обзор которых приведен в источнике Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике и радиосвязи. М.: Радио и связь, 1991. 265 с.Today, indirect-type frequency synthesizers are known using pulse-phase-locked loops, a review of which is given in the source Ryzhkov A.V., Popov V.N. Frequency synthesizers in engineering and radio communications. M .: Radio and communications, 1991.265 s.

К недостаткам описанных в источнике информации синтезаторов частот относятся трудность обеспечения близкой к нулю разности фаз входных сигналов частотно-фазового детектора при реализации синтезаторов частот на современной элементной базе и высокое значение внеполосного радиоизлучения во время переходного процесса.The disadvantages of the frequency synthesizers described in the information source include the difficulty of providing a close to zero phase difference of the input signals of the frequency-phase detector when realizing the frequency synthesizers on a modern element base and the high value of out-of-band radio emission during the transition process.

Наиболее близким аналогом (прототипом) данной полезной модели является синтезатор частот описанный в патенте №2419201 от 24.02.2010 "Адаптивный синтезатор частот с коммутацией элементов кольца фазовой автоподстройки", патентообладатель: ОАО 'Концерн "Созвездие'. Данный синтезатор частот содержит управляемый напряжением генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, частотно-фазовый детектор, опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, блок коммутируемой зарядовой накачки, блок определения синхронизма по фазе, микроконтроллер, блок определения синхронизма по частоте и фильтр нижних частот.The closest analogue (prototype) of this utility model is a frequency synthesizer described in patent No. 2419201 dated February 24, 2010 "Adaptive frequency synthesizer with switching elements of the phase-locked loop, patent holder: OJSC Concern Constellation. This frequency synthesizer contains a voltage-controlled oscillator, variable divider frequency divider, frequency-phase detector, reference generator, fixed divider frequency divider, switched charge pumping unit, syn detection unit ronizma phase, a microcontroller, a determination unit for frequency synchronism and the lowpass filter.

Недостатком синтезатора по патенту №2419201 является наличие блоков определения синхронизма по фазе и частоте. Ошибки определения синхронизма по частоте и фазе во время коммутации и не обеспечение нулевой разности фаз сигналов частотно-фазового детектора приводят к увеличению времени переходного процесса синтезатора частот.The disadvantage of the synthesizer according to patent No. 2419201 is the presence of blocks for determining phase matching in phase and frequency. Errors in determining the synchronism in frequency and phase during switching and not providing a zero phase difference of the signals of the frequency-phase detector lead to an increase in the transient time of the frequency synthesizer.

Техническим результатом полезной модели является увеличение быстродействия синтезатора частот за счет управления нелинейным петлевым фильтром с коммутируемыми параметрами.The technical result of the utility model is to increase the speed of the frequency synthesizer by controlling a nonlinear loop filter with switched parameters.

Технический результат достигается тем, что в однокольцевом синтезаторе частот с предварительной установкой частоты, состоящем из микроконтроллера и последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, частотно-фазового детектора, блока коммутируемой зарядовой накачки, нелинейного петлевого фильтра, который содержит первый конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом блока коммутируемой зарядовой накачки и первым выводом параллельно включенных первого резистора и встречновключенных двух диодов, второй вывод первого конденсатора заземлен, второй вывод первого резистора и встречновключенных диодов соединен с отрицательном входом операционного усилителя и первым выводом второго конденсатора; и управляемого генератора, выход которого соединен с делителем частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом частотно-фазового детектора согласно полезной модели опорный генератор соединен с делителями частоты с переменным и фиксированным коэффициентами деления через электронный ключ, и в петлевой фильтр добавлен электронный ключ, причем второй вывод ключа соединен с первым выводом третьего резистора, вторые выводы первого и третьего резисторов объединены с первым выводом третьего конденсатора, выводы второго и третьего конденсаторов объединены с выходом операционного усилителя и входом управляемого генератора, положительный вход операционного усилителя заземлен, ключи по первым выводам управляются микроконтроллером, блок коммутируемой зарядовой накачки дополнительно снабжен шиной управления, соединенной с одним из выходов микроконтроллера.The technical result is achieved in that in a single-ring frequency synthesizer with a frequency preset, consisting of a microcontroller and a series-connected reference generator, a frequency divider with a fixed division coefficient, a frequency-phase detector, a switched charge pumping unit, a nonlinear loop filter, which contains the first capacitor, the first output of which is connected to the output of the switched charge pumping unit and the first output of the first resistor and the parallel connected novklyuchennyh two diodes, the second terminal of the first capacitor is grounded, the second terminal of the first resistor and vstrechnovklyuchennyh diodes connected to the negative input of the operational amplifier and the first terminal of the second capacitor; and a controlled generator, the output of which is connected to a frequency divider with a variable division coefficient, the output of which is connected to the second input of the frequency-phase detector according to a utility model, the reference generator is connected to frequency dividers with a variable and fixed division factors through an electronic key, and an electronic filter is added to the loop filter a key, the second terminal of the key being connected to the first terminal of the third resistor, the second terminals of the first and third resistors combined with the first terminal of the third capacitor , Conclusions of the second and third capacitors are combined with the output of the operational amplifier and the input of controlled oscillator, the positive input of the operational amplifier is grounded, the keys on the first terminals are controlled by the microcontroller unit switched charge pump is additionally provided with control bus connected to one of the MCU outputs.

Технический результат достигается за счет того, что отсутствие блоков определения синхронизма по частоте и фазе, по сравнению со вторым прототипом, приводит к сокращению ошибок коммутации, и происходит снижение времени переходного процесса. За счет добавления электронного ключа достигается необходимая блокировка частотно-фазового детектора и близкая к нулю разность фаз сигналов ЧФД в момент замыкания кольца, что способствует реализации данной полезной модели на современной элементной базе. Коммутация постоянной времени форсирующего звена нелинейного петлевого фильтра во время переходного процесса приводит к сокращению внеполосного радиоизлучения.The technical result is achieved due to the fact that the lack of blocks for determining the synchronism in frequency and phase, in comparison with the second prototype, leads to a reduction in switching errors, and there is a reduction in the transition process time. By adding an electronic key, the necessary blocking of the frequency-phase detector and the phase difference of the PFD signals close to zero at the moment of ring closure are achieved, which contributes to the implementation of this utility model on a modern elemental basis. Switching the time constant of the forcing link of the nonlinear loop filter during the transient process reduces the out-of-band radio emission.

На фиг. 1 представлена структурная схема синтезатора частот с предварительной установкой частоты.In FIG. 1 is a structural diagram of a frequency synthesizer with a frequency preset.

Данный синтезатор частот содержит опорный генератор ОГ (1), электронный ключ ЭК (2), делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД (3), частотно-фазовый детектор ЧФД (5), блок коммутируемой зарядовой накачки (6), нелинейный петлевой фильтр ПФ (7) с электронным ключом (7.7), управляемый генератор ГУН (8), делитель частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД (4), блоки (2), (3), (4), (6), (7.7) соединены с микроконтроллером МК (9).This frequency synthesizer contains a reference OG generator (1), an electronic key EK (2), a frequency divider with a fixed dividing coefficient DFKD (3), a frequency-phase detector ChFD (5), a unit of switched charge pump (6), a nonlinear loop filter PF (7) with an electronic key (7.7), a controlled VCO generator (8), a frequency divider with a variable division coefficient of the DPKD (4), blocks (2), (3), (4), (6), (7.7) are connected to microcontroller MK (9).

Выход опорного генератора 1 соединен с первым входом электронного ключа 2. На второй вход электронного ключа 2 подается сигнала управляемого генератора 8. Первый выход электронного ключа 2 являются входом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления 3, второй выход электронного ключа 2 является входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления 4. Выходы делителей частоты с фиксированным и переменным коэффициентом деления являются входами частотно-фазового детектора 5. Выходы частотно-фазового детектора 5 являются входами блока с коммутируемой зарядовой накачкой 6. Блок коммутируемой зарядовой накачки соединен с нелинейным петлевым фильтром 7, петлевой фильтр 7 соединен с управляемым генератором 8. Петлевой фильтр 7 содержит первый конденсатор C1 (7.1), первый вывод которого соединен с выходом блока 6 и первым выводом параллельно включенных резистора первого R1 (7.2) и встречновключенных диодов Д1, Д2 (7.3). Второй вывод конденсатора C1 (7.1) заземлен. Второй вывод резистора R2 (7.2) и диодов Д1, Д2 (7.3) соединен с отрицательном входом операционного усилителя ОУ (7.4) и первыми выводами второго конденсатора C2 (7.5), второго резистора R2 (7.6), ключа (7.7). Первый вывод ключа Второй вывод ключа (7.7) соединен с первым выводом третьего резистора R3 (7.8). Вторые выводы резисторов R1 (7.2) и R3 (7.8) объединены с первым выводом третьего конденсатора C3 (7.9). Выводы конденсаторов C2 (7.5), C3 (7.9) объединены с выходом операционного усилителя и входом управляемого генератора (8). Положительный вход операционного усилителя ОУ (7.4) заземлен.The output of the reference generator 1 is connected to the first input of the electronic key 2. The signal of the controlled generator 8 is supplied to the second input of the electronic key 2. The first output of the electronic key 2 is the input of the frequency divider with a fixed division coefficient 3, the second output of the electronic key 2 is the input of the frequency divider with a variable division ratio 4. The outputs of the frequency dividers with a fixed and variable division ratio are the inputs of the frequency-phase detector 5. The outputs of the frequency-phase detector 5 are the inputs the unit with a switched charge pump 6. The charge charge pump unit is connected to a non-linear loop filter 7, the loop filter 7 is connected to a controlled generator 8. The loop filter 7 contains a first capacitor C1 (7.1), the first output of which is connected to the output of block 6 and the first output parallel connected resistors of the first R1 (7.2) and counter-connected diodes D1, D2 (7.3). The second terminal of capacitor C1 (7.1) is grounded. The second output of the resistor R2 (7.2) and the diodes D1, D2 (7.3) is connected to the negative input of the op-amp operational amplifier (7.4) and the first outputs of the second capacitor C2 (7.5), the second resistor R2 (7.6), and the key (7.7). The first output of the key The second output of the key (7.7) is connected to the first output of the third resistor R3 (7.8). The second terminals of the resistors R1 (7.2) and R3 (7.8) are combined with the first terminal of the third capacitor C3 (7.9). The findings of the capacitors C2 (7.5), C3 (7.9) are combined with the output of the operational amplifier and the input of a controlled generator (8). The positive input of the op-amp operational amplifier (7.4) is grounded.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

С опорного генератора (1) сигнал поступает на один из входов электронного ключа (2), на второй вход электронного ключа (2) поступает сигнал с управляемого генератора (8). Выходные сигналы электронного ключа (2) через делитель с фиксированным коэффициентом деления (3) и делитель с переменным коэффициентом деления (4) поступают в частотно-фазовый детектор (5). Выходные сигналы ЧФД (5) поступают в блок коммутируемой зарядовой накачки (6), откуда сигнал поступает на нелинейный петлевой фильтр (7) и управляемый генератор (8). Во время переходного процесса электронный ключ (2) разомкнут, электронный ключ (7.7) замкнут, осуществляется управление блоком коммутируемой зарядовой накачки микроконтроллером (9), тем самым достигается предварительная установка частоты. Затем происходит размыкание ключа (7.7) сброс двух делителей частоты (3 и 4), замыкание электронного ключа (2) и естественный захват по частоте.From the reference generator (1), the signal is supplied to one of the inputs of the electronic key (2), the signal from the controlled generator (8) is supplied to the second input of the electronic key (2). The output signals of the electronic key (2) through the divider with a fixed division ratio (3) and the divider with a variable division ratio (4) are fed to the frequency-phase detector (5). The output signals of the PFD (5) enter the switched charge pumping unit (6), from where the signal enters the nonlinear loop filter (7) and the controlled generator (8). During the transient, the electronic key (2) is open, the electronic key (7.7) is closed, the switched charge pumping unit is controlled by the microcontroller (9), thereby presetting the frequency. Then the key is opened (7.7), the two frequency dividers (3 and 4) are reset, the electronic key is closed (2) and the frequency is naturally captured.

Использование предлагаемых технических решений позволяет создать прецизионные синтезаторы частоты с высоким быстродействием.Using the proposed technical solutions allows you to create precision frequency synthesizers with high speed.

Теоретически установлено, что предлагаемый вариант предварительной установки частоты позволяет увеличить быстродействие до 5…10 раз.It has been theoretically established that the proposed option for presetting the frequency allows increasing the speed up to 5 ... 10 times.

Claims

A frequency synthesizer with a frequency preset, consisting of a microcontroller and a series-connected reference oscillator, a frequency divider with a fixed division ratio, a frequency-phase detector, a switched charge pump unit, a nonlinear loop filter that contains a first capacitor, the first output of which is connected to the output of the switched block charge pump and the first output of the parallel-connected first resistor and the on-board two diodes, the second output of the first capacitor grounded, the second terminal of the first resistor and the on-connected diodes connected to the negative input of the operational amplifier and the first terminal of the second capacitor; and a controlled generator, the output of which is connected to a frequency divider with a variable division coefficient, the output of which is connected to the second input of the frequency-phase detector, characterized in that the reference generator is connected to frequency dividers with variable and fixed division factors through an electronic key, and into a loop filter an electronic key is added, the first key output connected to the negative terminal of the operational amplifier, and the second key output connected to the first output of the third resistor, the second terminals of the first and third resistors are combined with the first output of the third capacitor, the outputs of the second and third capacitors are combined with the output of the operational amplifier and the input of the controlled generator, the positive input of the operational amplifier is grounded, the keys are connected to the microcontroller, the switched charge charging pump unit is additionally equipped with a control bus connected to one of microcontroller outputs.