RU2014733C1

RU2014733C1 - Frequency synthesizer

Info

Publication number: RU2014733C1
Authority: RU
Inventors: Валерий Измаилович Закиров; Игорь Валерьевич Закиров
Original assignee: Валерий Измаилович Закиров; Игорь Валерьевич Закиров
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: synthesizer has reference oscillator, two retuned oscillators, divider with alternative dividing factor, two phase detectors, two low- frequency filter, non-inverting adder, unit for controlling frequency, time delay element, and unit for selecting and storing. EFFECT: enhanced speed of response and decreased interference. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах для генерирования сетки стабильных частот. The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio receivers and radio transmitting devices for generating a grid of stable frequencies.

Достигаемый технический результат - повышение быстродействия, уменьшение паразитной частотной модуляции выходных сигналов при упрощении. Achievable technical result - increased performance, reduced spurious frequency modulation of the output signals with simplification.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема синтезатора частот; на фиг. 2 а, б, в, г, д, е, ж - диаграммы работы. In FIG. 1 shows a functional electric circuit of a frequency synthesizer; in FIG. 2 a, b, c, d, e, e, g - work diagrams.

Синтезатор частот содержит опорный генератор (ОГ) 1, первый перестраиваемый генератор (ПГ) 2, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) 3, первый фазовый детектор (ФД) 4, первый фильтр нижних частот (ФНЧ) 5, второй ПГ 6, второй ФД 7, второй ФНЧ 8, неинвертирующий сумматор 9, блок 10 установки частот, элемент задержки 11, блок выборки - хранения 12. The frequency synthesizer contains a reference oscillator (OG) 1, the first tunable oscillator (GH) 2, a divider with a variable division ratio (DPKD) 3, the first phase detector (PD) 4, the first low-pass filter (LPF) 5, the second PG 6, the second FD 7, the second low-pass filter 8, a non-inverting adder 9, a frequency setting unit 10, a delay element 11, a sample-storage unit 12.

Синтезатор работает следующим образом. The synthesizer works as follows.

Под действием напряжения опорной частоты, поступающего с выхода ОГ 1 (см. фиг. 2а) на второй вход первого фазового детектора 5, первое кольцо автоподстройки, содержащее первый перестраиваемый генератор 2, ДПКД 3, первый фазовый детектор 4 и первый ФНЧ 5 генерирует напряжение, частота которого в N раз больше опорной частоты, где N - коэффициент деления ДПКД 3. Under the influence of the voltage of the reference frequency coming from the output of the exhaust gas 1 (see Fig. 2a) to the second input of the first phase detector 5, the first auto-tuning ring containing the first tunable generator 2, DPKD 3, the first phase detector 4 and the first low-pass filter 5 generates voltage, whose frequency is N times greater than the reference frequency, where N is the division coefficient of the DPKD 3.

Коэффициент деления N устанавливается с помощью n-разрядного цифрового кода, поступающего с первого выхода блока 10 установки частот на соответствующие установочные входы ДПКД 3, где Nмакс=2n. На выходе первого ФД 4 образуется последовательность импульсов прямоугольной формы положительной полярности (см. фиг. 2б). Период повторения этих импульсов равен периоду опорной частоты, а скважность импульсов соответствует частоте первого ПГ 2. Постоянная составляющая последовательности импульсов, возникающая на выходе первого ФНЧ 5 (см. фиг. 2в), является управляющим напряжением для первого ПГ 2. С увеличением синтезируемой частоты постоянная составляющая управляющего напряжения возрастает. Наряду с постоянной составляющей напряжения на управляющем входе первого ПГ 2 там же образуется переменное напряжение опорной частоты, вызывающее паразитную частотную модуляцию выходного сигнала первого ПГ 2 (см. фиг. 2г). Отметим, что при этом изменяется мгновенное значение частоты этого генератора, а среднее значение частоты в N раз превышает частоту опорного генератора. Скважность импульсов равна двум. Как уже отмечалось, снизить уровень паразитной модуляции путем увеличения постоянной времени первого ФНЧ 5 можно лишь до определенной величины, так как дальнейшее увеличение постоянной времени уменьшает полосу захвата, которая может достичь критического значения. The division coefficient N is set using an n-bit digital code coming from the first output of the frequency setting unit 10 to the corresponding installation inputs of the DPKD 3, where Nmax = 2n. At the output of the first PD 4, a sequence of rectangular pulses of positive polarity is formed (see Fig. 2b). The repetition period of these pulses is equal to the period of the reference frequency, and the duty cycle of the pulses corresponds to the frequency of the first PG 2. The constant component of the pulse sequence arising at the output of the first low-pass filter 5 (see Fig. 2c) is the control voltage for the first PG 2. With an increase in the synthesized frequency, the constant component of the control voltage increases. Along with the DC component of the voltage at the control input of the first GHG 2, an alternating voltage of the reference frequency is generated there, causing parasitic frequency modulation of the output signal of the first GHG 2 (see Fig. 2d). Note that this changes the instantaneous frequency value of this generator, and the average value of the frequency is N times higher than the frequency of the reference generator. The impulse rate is two. As already noted, it is possible to reduce the level of spurious modulation by increasing the time constant of the first low-pass filter 5 only to a certain value, since a further increase in the time constant reduces the capture band, which can reach a critical value.

Рассмотрим работу второго кольца автоподстройки, выполняющего функцию следящего фильтра, выделяющего напряжение синтезируемой частоты и ее гармоник. При смене кода, поступающего с первого выхода блока 10 установки частот, в первом кольце автоподстройки наступает переходный процесс вхождения в синхронизм первого перестраиваемого генератора 2. Одновременно со второго выхода блока 10 установки частот на элемент задержки 11 поступает одиночный импульс, который в момент окончания переходного процесса в первом кольце автоподстройки или несколько позднее поступает с выхода элемента задержки 11 на управляющий вход блока выборки-хранения 12. Под действием этого импульса блок выборки-хранения 12 запоминает уровень напряжения, поступающего на управляющий вход первого ПГ 2. По окончании действия импульса напряжения блок выборки-хранения 12 переходит в режим хранения информации. Почти без потерь управляющее напряжение с выхода блока выборки хранения 12 через неинвертирующий сумматор 9 поступает на вход управления второго ПГ 6. Это напряжение не содержит в себе переменной составляющей с частотой опорного напряжения, как это имеет место в первом кольце ФАПЧ, так как постоянная времени блока выборки - хранения 12 в режиме хранения достаточно велика. Если бы второй ФНЧ 8 был отключен, то под действием напряжения, поступившего на управляющий вход второго перестраиваемого генератора 6, последний увеличивал бы частоту колебаний от весьма малой величины до величины, достаточно близкой к частоте колебаний первого ПГ 2. В процессе регулировки синтезатора частот путем плавного изменения коэффициента передачи неинвертирующего сумматора 9 по первому входу частота колебаний второго ПГ 6 устанавливается равной 0,98 - 0,99 от частоты первого ПГ 2. При замыкании второго контура ФАПЧ в последнем наступает переходный процесс вхождения в синхронизм второго ПГ 6. Второй ФД 7 сравнивает частоты сигналов, поступивших с выходов первого ПГ 2 и второго ПГ 6. На выходе второго ФД 7 возникает последовательность импульсов положительной полярности, период повторения которых равен периоду синтезируемой частоты (см. рис. 2д). При этом имеет место весьма незначительное изменение скважности последовательности импульсов, которое происходит по закону изменения напряжения на выходе первого ФНЧ 5. Происходит это потому, что напряжение, поступающее на второй вход второго ФД 7, подвержено значительной паразитной частотной модуляции. Однако в силу селектирующих свойств второго ФД 7 и второго ФНЧ 8 вредное влияние частотной модуляции будет сильно ослаблено. В относительных единицах это ослабление примерно соответствует установленному значению коэффициента деления ДПКД 3. Consider the work of the second auto-tuning ring, which performs the function of a tracking filter, which emits the voltage of the synthesized frequency and its harmonics. When changing the code coming from the first output of the frequency setting unit 10, the first tunable oscillator 2 starts transient in the first auto-tuning ring. At the same time, a single pulse arrives from the second output of the frequency setting unit 10, which at the end of the transition process in the first auto-tuning ring or somewhat later, it arrives from the output of the delay element 11 to the control input of the fetch-storage unit 12. Under the influence of this pulse, the fetch-storage unit 12 remembers the level of voltage supplied to the control input of the first steam generator 2. At the end of the voltage pulse, the sample-storage unit 12 switches to the information storage mode. Almost without loss, the control voltage from the output of the storage sample block 12 through the non-inverting adder 9 is fed to the control input of the second steam generator 6. This voltage does not contain a variable component with the frequency of the reference voltage, as is the case in the first PLL, since the time constant of the block sampling - storage 12 in storage mode is large enough. If the second low-pass filter 8 were turned off, then under the action of the voltage supplied to the control input of the second tunable generator 6, the latter would increase the oscillation frequency from a very small value to a value close to the oscillation frequency of the first SG 2. In the process of adjusting the frequency synthesizer by smoothly changes in the transfer coefficient of the non-inverting adder 9 at the first input, the oscillation frequency of the second GHG 6 is set equal to 0.98 - 0.99 from the frequency of the first GHG 2. When the second PLL circuit is closed in the last step There is a transition process of synchronization of the second PG 6. The second PD 7 compares the frequencies of the signals received from the outputs of the first PG 2 and the second PG 6. At the output of the second PD 7, a sequence of pulses of positive polarity arises, the repetition period of which is equal to the period of the synthesized frequency (see Fig. . 2d). In this case, there is a very slight change in the duty cycle of the pulse sequence, which occurs according to the law of the voltage change at the output of the first low-pass filter 5. This occurs because the voltage supplied to the second input of the second low-pass filter 7 is subject to significant spurious frequency modulation. However, due to the selective properties of the second PD 7 and the second low-pass filter 8, the harmful effect of frequency modulation will be greatly attenuated. In relative units, this attenuation approximately corresponds to the established value of the division coefficient of DPKD 3.

На выходе второго ФНЧ 8 возникает напряжение постоянного тока, пилообразное напряжение, повторяющее изменение напряжения на выходе первого ФНЧ 5 и напряжение, частота которого равна синтезируемой частоте (фиг. 2е). Последние два вида напряжений сильно ослаблены. По этой причине напряжение на выходе второго ПГ 6, а следовательно, на выходе синтезатора частот имеет вид меандра с сильно подавленной паразитной модуляцией (фиг. 2ж). Начальная расстройка второго ПГ 6 может быть установлена весьма незначительной. Это обстоятельство обеспечивает повышение быстродействия. Более высокая, чем в прототипе, частота сравнения на втором ФД 7 позволяет снизить постоянную времени второго ФНЧ 8, что дополнительно повышает быстродействие. Все ФНЧ могут быть выполнены в виде интегрирующих RС-цепочек. Оба ФД выполнены по схеме частотно-чувствительных фазовых детекторов. At the output of the second low-pass filter 8, a DC voltage arises, a sawtooth voltage, which repeats the voltage change at the output of the first low-pass filter 5 and a voltage whose frequency is equal to the synthesized frequency (Fig. 2e). The last two types of stress are greatly weakened. For this reason, the voltage at the output of the second PG 6, and therefore, at the output of the frequency synthesizer, has the form of a meander with strongly suppressed spurious modulation (Fig. 2g). The initial mismatch of the second GHG 6 can be set very small. This circumstance provides increased performance. A higher than in the prototype, the comparison frequency on the second PD 7 allows to reduce the time constant of the second low-pass filter 8, which further increases the speed. All low-pass filters can be made in the form of integrating RC chains. Both PDs are designed according to the scheme of frequency-sensitive phase detectors.

Claims

A frequency synthesizer comprising a first tunable oscillator connected in a ring, a first variable frequency divider, a first phase detector and a first low-pass filter, a second tunable oscillator, a second phase detector and a second low-pass filter, a reference oscillator and a frequency setting unit, the first output of which is connected to the installation input of the first frequency divider with a variable division ratio, while the output of the second tunable generator is the output of the frequency synthesizer, characterized in that a delay element, a sampling-storage unit and a non-inverting adder are introduced, the first input of which is connected to the output of the sampling-storage unit, while the second output of the frequency setting unit is connected to the input of the delay element, the input of the sampling-storage unit is connected to the output of the first low-pass filter, the output of the delay element is connected to the control input of the sample-storage unit, the control input of the second tunable generator is connected to the output of the non-inverting adder, the second input is connected to the output of the second lowpass filter, the second input of the second phase detector coupled to the output of the first tunable oscillator, reference oscillator output is connected directly to the second input of the first phase detector.