RU18028U1 - Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией - Google Patents

Abstract

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, частотно-фазовый детектор, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и первый интегратор, последовательно соединенные управляемый генератор, первый балансный модулятор и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные фазовращатель на π/2 и второй балансный модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, причем вход фазовращателя на π/2 соединен с выходом управляемого генератора и входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а также источник модулирующего сигнала и второй интегратор, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния реакции кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты синтезатора на равномерность амплитудно-частотной модуляционной характеристики в широком диапазоне частот несущего колебания при одновременном повышении быстродействия и уменьшении уровня паразитной частотной модуляции, в него введены последовательно соединенные второй сумматор, первый аналого-цифровой преобразователь, косинусный преобразователь кодов, первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом первого балансного модулятора, последовательно соединенные третий сумматор, второй аналого-цифровой преобразователь, синусный преобразователь кодов, второй цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом второго балансного модулятора, при этом выход первого интегратора соединен со вторым входом второг�

Description

2000132057

«ilPpilillplppiМ.кл -НОЗС 3/10

ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

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

Известен цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией (ЧМ), построенный на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАГТЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (Д11КД) в цепи обратной связи, в котором модулирз ющий информационный сигнал поступает на 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 модулирующих частот из-за действия обратной связи в кольце ИФАПЧ. Частотная модуляция УГ по его модулирующему входу воспринимается кольцом ИФАПЧ как внутреннее возмущение, которое должно по цепи обратной связи отрабатываться (компенсироваться) в сторону уменьщения. Эта компенсация происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой петлевым фильтром нижних частот (ФНЧ), т.е. на нижних частотах. Для расщирения диапазона частот модуляции в сторону низких частот необходимо сужать полосу пропускания кольца ИФАПЧ, т.е. делать ФНЧ на выходе частотно-фазового детектора (ЧФД) более инерционным, а это приводит к снижению быстродействия и помехоустойчивости ЦСЧ.

При разработке ЦСЧ с ЧМ, когда нижняя модулирующая частота , возникает противоречие между необходимостью автоподстройки частоты УГ и одновременного исключения реакции кольца ИФАПЧ на модулирующие возмущения.

В значительной степени это противоречие удаётся разрещить в ЦСЧ с двухточечной модуляцией, в котором модулирующий сигнал подаётся одновременно на модулирующий вход УГ и через интегратор на вход фазового модулятора, включенного между ДПКД и ЧФД (см. а.с. СССР № 1252909, Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/16, 1984г.)

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с частотной модуляцией (см. свидетельство на полезную модель № 8851 от 02.12.1997 г.), в котором для формирования частотно-модулированного сигнала в щирокой полосе модулирующих частот используется двухточечный способ, когда модулирующий сигнал поступает на модулирующий вход УГ и одновременно через управляемый аттенюатор, инвертор и интегратор на вход фазового модулятора (ФМ), включенного между ДПКД и ЧФД. При этом в ФМ осуществляется противофазная модуляция импульсов, поступающих с ДПКД уже модулированных по фазе в соответствии с изменениями информационного модулирующего сигнала им(1)- С помощью управляемого аттенюатора, инвертора и интегратора подбирается такой уровень обратного смещения фазы импульсов в ФМ, чтобы компенсировать фазовую модуляцию импульсов на выходе ДПКД. В результате такой комH03L 7/18

пенсации с выхода ФМ на вход ЧФД поступают импульсы уже без фазовой модуляции и в управляющем сигнале на выходе ФНЧ практически нет составляющей от реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие.

Для повыщения быстродействия в этом ЦСЧ инерционность ФНЧ уменьщена, а для подавления до заданного уровня помех в выходном сигнале ЦСЧ с частотами, кратными частоте сравнения введена дополнительная схема квадратурной модуляции сигнала УГ от составляющей сигнала управления УГ, в которой есть остаточное значение помехи с частотой сравнения. В результате линейного суммирования сигнала УГ и сигналов с двух балансных модуляторов, входящих в дополнительную схему квадратурной модуляции, на выходе сумматора (выходе ЦСЧ) получается высокочастотный сигнал, модулированный по частоте информационным сигналом, но с подавленной паразитной частотной модуляцией (ПЧМ). В этом случае необходимое подавление ПЧМ перераспределяется между петлевым ФНЧ и дополнительной схемой квадратурной модуляции.

Однако общий недостаток схем с модуляцией ЦСЧ в кольце ИФАПЧ остаётся и здесь. Этот недостаток состоит в том, что практически трудно получить полную компенсацию реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие УГ особенно в щирокой полосе модулирующих частот, когда FA/// . этом случае трудно получить равномерную амплитудно-частотную модуляционную характеристику (АЧМХ), так как возможны провалы и всплески в АЧМХ из-за неточной компенсации реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие в УТ в щироком диапазоне частот.

Целью предлагаемого технического рещения является исключение влияния реакции кольца ИФАПЧ синтезатора на равномерность АЧМХ в щироком диапазоне несущих частот при одновременном повыщении быстродействия и уменьщения уровня ПЧМ.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединённые опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, частотнофазовый детектор, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и первый интегратор, последовательно соединённые управляемый генератор, первый балансный модулятор и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, последовательно соединённые фазовращатель на ;г2 и второй балансный модулятор, выход которого соединён со вторым входом первого сумматора, причём вход фазовращателя на 71/2 соединён с выходом управляемого генератора и входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а также источник модулирующего сигнала и второй интегратор, введены последовательно соединённые второй сумматор, первый аналого-цифровой преобразователь, косинусный преобразователь кодов, первый цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединён со вторым входом первого балансного модулятора, последовательно соединённые третий сумматор, второй аналого-цифровой преобразователь, синусный преобразователь кодов, второй цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединён со вторым входом второго балансного модулятора. При этом выход первого интегратора соединён со вторым входом второго сумматора и через инвертор со вторым входом третьего сумматора, источник модулирующего

сигнала через второй интегратор соединён с первыми входами второго и третьего сумматоров, а выход делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединён со вторым входом частотно-фазового детектора.

Существенным отличием предложенного технического решения является то, что с помощью введенных новых элементов, объединённых соответствующими связями с остальными узлами схемы, происходит частотная модуляция высокочастотного сигнала УГ вне кольца ИФАПЧ и дополнительное подавление ПЧМ выходного сигнала устройства. А это позволяет уменьшить инерционность ФНЧ и тем самым повысить быстродействие ЦСЧ с ЧМ.

Осуществление частотной модуляции высокочастотного колебания УГ вне кольца ИФАПЧ с помощью введённой схемы с использованием квадратурного модулятора с цифровым формирователем квадратурных составляющих модулирующего сигнала позволяет значительно расщирить диапазон модулирующих частот в область нижних частот и получить ровную (без всплесков и провалов) АЧМХ.

Таким образом, по сравнению с прототипом происходит существенное улучщение модуляционных параметров ЦСЧ.

Заявителю не известны рещения со сходными признаками и аналогичными свойствами. Поэтому можно считать, что предлагаемое техническое рещение обладает существенными отличиями.

На фиг.1 представлена блок-схема ЦСЧ с ЧМ.

ЦСЧ с ЧМ содержит последовательно соединённые опорный генератор ОГ1, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД2, ЧФДЗ, ФПЧ4, фильтр верхних частот ФВЧ5 и первый интегратор ИНТ6, последовательно соединённые УГ7, первый балансный модулятор БМ8 и первый сумматор СУМ9, выход которого является выходом устройства, последовательно соединённые фазовращатель на 7г/2 ФВ10 и второй балансный модулятор БМ11, выход которого соединён со вторым входом первого сумматора СУМ9, причём вход ФВ10 соединён с выходом УГ7 и входом Д11КД12, последовательно соединённые источник модулирующего сигнала ИМС13 и второй интегратор ITHT14, последовательно соединённые второй СУМ15, первый аналого-цифровой преобразователь АЦП16, косинусный преобразователь кодов КПК17, первый цифро-аналоговый преобразователь ЦАП18, выход которого соединён со вторым входом первого БМ8, последовательно соединённые третий СУМ19, второй АЦП20, синусный преобразователь кодов СПК21, второй ЦАП22, выход которого соединён со вторым входом второго БМ11. При этом выход первого ИНТ6 соединён со вторым входом второго СУМ 15 и через инвертор ИНВ23 со вторым входом третьего СУМ19, источник модулирующего сигнала ИМС13 через второй ИПТ14 соединён с первыми входами второго СУМ 15 и третьего СУМ 19, а выход ДПКД12 соединён со вторым входом ЧФДЗ.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.

а после фазовращателя на 7и2 ФВЮ

Ф5 + ( где /и - размерный коэффициент рад/В.

Таким образом, с выхода УГ7 ВЧ сигнал с помощью ФВЮ разделяется на две квадратурные составляющие, т.е. на входах первого БМ8 и второго БМП формируются несущие колебания одинаковой частоты, но сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90

Напряжение подстройки частоты на управляющем входе УГ7 можно представить в виде

e(/) ((0, где Uo - постоянное напряжение управления,

Un4ki(t) - напряжение паразитной частотной модуляции с частотами, кратными частоте сравнения.

Тогда на выходе ФВЧ5 формируется напряжение

uфвч(t) (t), а на выходе первого ИНТ6

ИЯЯГ1(0 (0 После подачи модулирующего напряжения UM(t} от ИМС13 на выходе второго ИНТ 14 формируется сигнал

ЯЯГ2(0 (0

После ИНВ23 на второй вход третьего СУМ 19 поступает напряжение

«яяв(0 ( выходе второго СУМ15 С2 (О 1«л/ (t}dt + (t}dt, а на выходе третьего СУМ19

сз(О (f}d( - IUJJUM ( выходов СУМ 15 и СУМ 19 эти сигналы после преобразования в цифровую форму в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП 16 и ) поступают соответственно на входы косинусного преобразователя кодов КПК 17 и синусного преобразователя кодов СПК21.

Преобразование модулирующих сигналов в цифровую форму необходимо для получения достаточно больщого уровня девиации, особенно на низких частотах.

После обратного преобразования в аналоговую форму в ЦАП18 и ЦАП22 модулирующий сигнал на вторых входах БМ8 и БМ11 имеет вид

(0 2 со8 /и|мд(/)с/Г + т|г/я,д,у(гу/1 (0 /2 8т /и|мд, ((}d( - ,f (t}dt

После соответствующего перемножения этих сигналов с ВЧ сигналами на выходах БМВ и БМ10 имеется

где к - размерный коэффициент 1/В, k{JilJ2 U.

С выходов балансных модуляторов БМ8 и БМ10 эти сигналы поступают на входы первого СУМ9. В результате линейного суммирования двух сигналов на выходе СУМ9 получается

С9(0 и т fOt + ( ( + ( + , (t),f (t}dt - (

(/„, + ( m + (Ol

т.е. имеем частотно-модулированный сигнал без составляющей от ПЧМ.

В предложенном ЦСЧ подавление ПЧМ осуществляется не только с помощью петлевого ФНЧ, но и с помощью введенных элементов квадратурной модуляции. Это обеспечивает возможность уменьшения инерционности петлевого ФНЧ в цепи управления УГ и тем самым повышения быстродействия ЦСЧ с ЧМ. Таким образом, за счёт перераспределения подавления ПЧМ между ФНЧ и вновь введенными узлами квадратурного преобразования увеличивается подавление ПЧМ в выходном сигнале устройства и повышается быстродействие ЦСЧ.

Поскольку частотная модуляция выходного ВЧ сигнала ЦСЧ происходит вне кольца ИФАГГЧ и с использованием цифровых элементов квадратурного преобразования модулирующего сигнала, то АЧМХ выходного сигнала получается ровной (без провалов и всплесков) и в широком диапазоне модулирующих частот.

Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые блоки типовые и могут быть выполнены на широко известных микросхемах: аналого-цифровой преобразователь - на микросхеме К572ПВ1, синусный и косинусный преобразователи - на микросхеме К556 с соответствующей записью кодов преобразования, цифро-аналоговые преобразователи - на микросхемах К564ИМ1 и К564ИР9. В качестве инвертора можно использовать операционный усилитель, входной сигнал на который подаётся на инвертирующий вход. Интеграторы также могут быть выполнены на операционных усилителях. Сумматор на выходе устройства может быть выполнен пассивным на резисторах.

Таким образом, применение предлагаемого ЦСЧ с ЧМ позволяет получить ровную АЧМХ в щироком диапазоне изменения модулирующих и несущих частот при одновременном увеличении быстродействия и подавления ПЧМ с частотами, кратными частоте сравнения.

.;u)

Claims (1)

1. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, частотно-фазовый детектор, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и первый интегратор, последовательно соединенные управляемый генератор, первый балансный модулятор и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, последовательно соединенные фазовращатель на π/2 и второй балансный модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, причем вход фазовращателя на π/2 соединен с выходом управляемого генератора и входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а также источник модулирующего сигнала и второй интегратор, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния реакции кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты синтезатора на равномерность амплитудно-частотной модуляционной характеристики в широком диапазоне частот несущего колебания при одновременном повышении быстродействия и уменьшении уровня паразитной частотной модуляции, в него введены последовательно соединенные второй сумматор, первый аналого-цифровой преобразователь, косинусный преобразователь кодов, первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом первого балансного модулятора, последовательно соединенные третий сумматор, второй аналого-цифровой преобразователь, синусный преобразователь кодов, второй цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом второго балансного модулятора, при этом выход первого интегратора соединен со вторым входом второго сумматора и через инвертор - со вторым входом третьего сумматора, источник модулирующего сигнала через второй интегратор соединен с первыми входами второго и третьего сумматора, а выход делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен со вторым входом частотно-фазового детектора.