RU2085032C1

RU2085032C1 - Frequency synthesizer

Info

Publication number: RU2085032C1
Application number: RU93040630A
Authority: RU
Inventors: В.И. Закиров; И.В. Закиров
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: radio engineering; radio receivers and transmitters for generating stable frequency spectrum. SUBSTANCE: frequency synthesizer has standard generator 1, reference-frequency sensor 2, first tunable oscillator 3, first variable-ratio frequency divider first phase detector 5, first low-frequency filter 6, second variable-ratio frequency divider 7, frequency setting unit 8, second tunable oscillator 9, mixer 10, first band filter 11, second phase detector 12, second low-frequency filter 13, coarse frequency setting signal shaper 15, noninverting adder 16, multiplier 17, second band filter 18, second multiplier 19, and third low-frequency filter 20. EFFECT: improved speed of response. 1 dwg

Description

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

Известен синтезатор частот, содержащий последовательно включенный опорный генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, управляемый генератор и делитель частоты с переменным коэффициентом деления, при этом опорный генератор подключен к первому входу фазового детектора, а делитель частоты к второму входу [1]
Недостатком этого устройства является сравнительно большое время перестройки частот, т.е. низкое быстродействие.A known frequency synthesizer containing a series-connected reference oscillator, a phase detector, a low-pass filter, a DC amplifier, a controlled oscillator and a frequency divider with a variable division ratio, the reference oscillator connected to the first input of the phase detector, and the frequency divider to the second input [1 ]
The disadvantage of this device is the relatively large frequency tuning time, i.e. low speed.

Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности является синтезатор частот, описанный в [2] Известное устройство содержит соединенные в первое кольцо автоподстройки первый перестраиваемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, а также соединенные во второе кольцо автоподстройки второй перестраиваемый генератор, выход которого является выходом устройства, смеситель, полосовой фильтр, второй фазовый детектор и второй фильтр нижних частот, а также опорный генератор, выход которого подключен через второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления к второму входу первого фазового детектора, а через датчик опорных частот к второму входу второго фазового детектора, а также блок установки частот, первый выход которого подключен к установочному входу первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а второй выход к установочному входу второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и к выходу формирователя сигналов грубой установки частоты, выход которого подключен к входу грубой установки частоты второго перестраиваемого генератора, а также формирователь импульсов, вход которого подключен к второму выходу первого перестраиваемого генератора, а выход к первому входу смесителя. Недостатком этого синтезатора частот является низкое быстродействие, то есть сравнительно большое время перехода от одной синтезируемой частоты к другой. Первое кольцо автоподстройки является ведущим. Это кольцо выполняет роль датчика крупной сетки частот. Выходом первого кольца автоподстройки является второй выход первого перестраиваемого генератора, частота генерации которого f_пг1 определяется выражением

где f_ОП частота опорного генератора, N₁ и N₂ - значения коэффициентов деления, установленных соответственно в первом и во втором делителях частоты с переменным коэффициентом деления. Второе кольцо автоподстройки является ведомым. Его выходом является выход второго перестраиваемого генератора, который одновременно служит выходом всего устройства. Частота генерации второго перестраиваемого генератора f_пг2 превышает частоту f_пг1 на частоту сигнала, поступающего с выхода датчика опорных частот f_до4, то есть определяется выражением

Известно также, что последовательным перебором частот датчика опорных частот перекрывается частотный интервал, определяемый шагом сетки частот датчика крупной сетки частот.Closest to the proposed device in technical essence is a frequency synthesizer described in [2] The known device comprises a first tunable oscillator connected to a first auto-tuning ring, a first frequency divider with a variable division coefficient, a first phase detector and a first low-pass filter, as well as connected to the second auto-tuning ring is a second tunable generator, the output of which is the output of the device, a mixer, a band-pass filter, a second phase detector and a second lower filter x frequencies, as well as a reference generator, the output of which is connected through a second frequency divider with a variable division coefficient to the second input of the first phase detector, and through the reference frequency sensor to the second input of the second phase detector, as well as a frequency setting unit, the first output of which is connected to the installation the input of the first frequency divider with a variable division coefficient, and the second output to the installation input of the second frequency divider with a variable division coefficient and to the output of the coarse signal conditioner frequency, the output of which is connected to the rough frequency input of the second tunable generator, as well as a pulse shaper, whose input is connected to the second output of the first tunable generator, and the output to the first input of the mixer. The disadvantage of this frequency synthesizer is the low speed, that is, the relatively large transition time from one synthesized frequency to another. The first auto-tuning ring is leading. This ring acts as a sensor of a large frequency grid. The output of the first auto-tuning ring is the second output of the first tunable generator, the generation frequency of which f _p1 is determined by the expression

where f _{OP is the} frequency of the reference oscillator, N ₁ and N ₂ are the values of the division factors established respectively in the first and second frequency dividers with a variable division coefficient. The second auto-tuning ring is slave. Its output is the output of the second tunable generator, which simultaneously serves as the output of the entire device. The generation frequency of the second tunable generator f _PG2 exceeds the frequency f _PG1 by the frequency of the signal from the output of the reference frequency sensor f to ₄ , that is, is determined by the expression

It is also known that by sequentially sorting the frequencies of the reference frequency sensor, the frequency interval is determined by the step of the frequency grid of the large frequency grid sensor.

Следовательно, частота f_до4<f_пг1.Therefore, the frequency f _do4 <f _pg1 .

Из выражения (II) следует, что быстродействие синтезатора частот определяется временем установления коэффициента деления N₁ и N₂, временем переключения датчика опорных частот, а также временем переходных процессов в первом и во втором кольцах автоподстройки. Отметим, что начало переходного процесса во втором кольце автоподстройки совпадает с временем поступления сигнала с выхода формирователя импульсов на первый вход смесителя, то есть в первом приближении совпадает с окончанием аналогичного процесса в первом кольце автоподстройки. Для сокращения времени переходного процесса во втором кольце автоподстройки используется формирователь сигналов грубой установки частоты, представляющий собой по существу преобразователь, код-напряжение. Под действием n-разрядного кода, поступающего с второго выхода блока установки частот на вход упомянутого формирователя, на выходе последнего возникает напряжение постоянного тока, под действием которого частота колебаний второго перестраиваемого генератора возрастает от начальной частоты до значения, близкого к текущему значению частоты первого перестраиваемого генератора.From the expression (II) it follows that the speed of the frequency synthesizer is determined by the time of establishment of the division coefficient N ₁ and N ₂ , the switching time of the reference frequency sensor, as well as the time of transients in the first and second auto-tuning rings. It should be noted that the beginning of the transient process in the second auto-tuning ring coincides with the signal arrival time from the output of the pulse shaper to the first input of the mixer, that is, in a first approximation it coincides with the end of a similar process in the first auto-tuning ring. To reduce the time of the transition process in the second auto-tuning ring, a coarse frequency driver is used, which is essentially a code-voltage converter. Under the action of an n-bit code coming from the second output of the frequency setting unit to the input of the former driver, the output of the last one produces a DC voltage, under which the oscillation frequency of the second tunable generator increases from the initial frequency to a value close to the current value of the frequency of the first tunable generator .

Однако предварительная установка частоты второго перестраиваемого генератора осуществляется весьма грубо, так как она зависит лишь от значения кода, поступающего со второго выхода блока установки частот, и совершенно не зависит от значения кода, набранного на первом выходе этого же блока, то есть не зависит от текущего значения частоты первого перестраиваемого генератора в случае управления последнего по первому выходу блока установки частот. Таким образом, расстройка второго перестраиваемого генератора не является минимальной, и, следовательно, быстродействие синтезатора частот не является максимальным. However, pre-setting the frequency of the second tunable generator is very rough, since it depends only on the value of the code coming from the second output of the frequency setting unit, and does not depend on the value of the code dialed on the first output of the same unit, that is, it does not depend on the current frequency values of the first tunable generator in the case of control of the last on the first output of the frequency setting unit. Thus, the detuning of the second tunable generator is not minimal, and, therefore, the speed of the frequency synthesizer is not maximum.

В синтезаторе частот по данному изобретению достигается более высокое быстродействие. In the frequency synthesizer according to this invention, a higher speed is achieved.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема синтезатора частот. Синтезатор частот содержит опорный генератор 1, датчик 2 опорных частот, первый перестраиваемый генератор (ПГ) 3, первый делитель 4 частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор (ФД) 5, первый фильтр 6 нижних частот, второй делитель 7 частоты с переменным коэффициентом деления, блок 8 установки частот, второй ПГ9, смеситель 10, первый полосовой фильтр 11, второй ФД 12, второй фильтр 13 нижних частот, формирователь 14 импульсов, формирователь 15 сигналов грубой установки частоты, неинвертирующий сумматор 16, перемножитель 17, второй полосовой фильтр 18, второй перемножитель 19 и третий фильтр 20 нижних частот. The drawing shows a functional electrical circuit of a frequency synthesizer. The frequency synthesizer contains a reference generator 1, a reference frequency sensor 2, a first tunable generator (PG) 3, a first frequency divider 4 with a variable division coefficient, a first phase detector (PD) 5, a first low-pass filter 6, a second frequency divider 7 with a variable coefficient division, frequency setting unit 8, second PG9, mixer 10, first band-pass filter 11, second PD 12, second low-pass filter 13, pulse shaper 14, coarse frequency shaper 15, non-inverting adder 16, multiplier 17, second n an olos filter 18, a second multiplier 19 and a third low pass filter 20.

Синтезатор частот работает следующим образом. Под действием напряжения опорной частоты, поступающего с выхода опорного генератора 1 через второй делитель 7 на второй вход первого ФД5, первое кольцо автоподстройки возбуждает напряжение в форме меандра, частота которого определяется выражением (1). Отметим, что максимальное значение того или иного коэффициента N_маск. определяется n-разрядным кодом, поступающим с первого или второго выходов блока 8 установки частот на установочный вход соответствующего делителя частоты, то есть N_маск. 2ⁿ. На выходе, формирователя 15 сигналов грубой установки частоты возникает напряжение постоянного тока, которое складывается в неинвертирующем сумматоре 16 с напряжением, поступающим с выхода третьего фильтра 20, и поступает далее на вход грубой установки частоты второго ПГ9.The frequency synthesizer works as follows. Under the influence of the voltage of the reference frequency coming from the output of the reference generator 1 through the second divider 7 to the second input of the first PD5, the first auto-tuning ring excites a voltage in the form of a square wave, the frequency of which is determined by expression (1). Note that the maximum value of one coefficient or another is N _masks. is determined by an n-bit code coming from the first or second outputs of the frequency setting unit 8 to the installation input of the corresponding frequency divider, that is, N _masks. 2 ⁿ . At the output of the coarse frequency shaper 15, a DC voltage arises, which is added to the non-inverting adder 16 with the voltage coming from the output of the third filter 20, and then goes to the coarse frequency setting of the second PG9.

Механизм вхождения в синхронизм второго ПГ9 заключается в следующем. В первом перемножителе 17 происходит перемножение сигналов, поступающих с выходов датчика 2 и первого ПГ3. С помощью второго полосового фильтра 18 выделяется составляющая, частота которой определяется выражением (II). Таким образом, на первый вход второго перемножителя 19 поступает напряжение, частота которого соответствует синтезируемой частоте, а на второй вход того же перемножителя напряжение с выхода второго ПГ 9, частота которого должна сравняться с первой частотой. После перемножения этих напряжений с помощью третьего фильтра 20 выделяется переменное напряжение разностной частоты, под действием которого частота колебаний второго ПГ9 будет периодически изменяться относительно среднего значения, которое определяется постоянной составляющей напряжения, поступившей с выхода формирователя 15. По существу имеет место принудительное качание частоты второго перестраиваемого генератора 9. С поступлением напряжения с выхода датчика 2 на второй вход второго ФД12 частота колебаний второго ПГ9 в среднем начнет возрастать. Поэтому полупериоды напряжения на выходе третьего фильтра 20 будут существенно отличаться друг от друга, то есть на выходе этого фильтра появится постоянная составляющая, ускоряющая процесс вхождения в синхронизм ПГ9. The mechanism of entering the synchronism of the second PG9 is as follows. In the first multiplier 17 there is a multiplication of the signals coming from the outputs of the sensor 2 and the first PG3. Using the second band-pass filter 18, a component is extracted whose frequency is determined by expression (II). Thus, the first input of the second multiplier 19 receives a voltage whose frequency corresponds to the synthesized frequency, and the second input of the same multiplier receives the voltage from the output of the second PG 9, the frequency of which should be equal to the first frequency. After multiplying these voltages with the help of the third filter 20, an alternating voltage of the difference frequency is released, under the influence of which the oscillation frequency of the second PG9 will periodically change relative to the average value, which is determined by the constant component of the voltage received from the output of the shaper 15. In essence, there is a forced sweep of the frequency of the second tunable generator 9. With the voltage coming from the output of the sensor 2 to the second input of the second PD12, the oscillation frequency of the second PG9 on average t increase. Therefore, the half-periods of the voltage at the output of the third filter 20 will significantly differ from each other, that is, a constant component will appear at the output of this filter, accelerating the process of entering into synchronism of PG 9.

В состоянии синхронизации на выходе третьего фильтра 20 будет присутствовать только постоянная составляющая. Таким образом, применение принудительного управления частотой второго ПГ9 повышает быстродействие синтезатора частот. По существу предложенная двухпетлевая система управления частотой второго ПГ9. Опорный генератор 1 выполнен на двух элементах 2И-НЕ (на чертеже не показано), охваченных положительной обратной связью, в цепи которой установлен кварцевый резонатор. Фильтры 6, 13 и 20 представляют собой простейшие интегрирующие RC-цепочки. Делители 4 и 7 могут быть выполнены на микросхемах 564ИЕ 15, ПГ 3 и 9 на микросхемах 564 ГГ1, ФД 5 и 12 на микросхемах 564 ЛА7 и 564ЛА8, перемножители 17 и 19 и смеситель 10 на микросхемах 525ПС3Б, формирователь 14 на усилителе с трансформаторным выходом, формирователь 15 на ЦАП 1108ПА1А, неинвертирующий сумматор 16 - выход на операционном усилителе. Полосовой фильтр 11 представляет собой активный фильтр, выполненный на операционных усилителях 544УД1А и R, C элементах, полосовой фильтр 19 пассивный фильтр сосредоточенной селекции, датчик 2 может быть выполнен на микросхеме 564ИЕ 15. Блок 8 может быть выполнен на кнопочном переключателе П2К и микросхемах 564ЛА7, 564ЛА8 и 564ЛА9. Синтезатор частот в диапазоне частот 160 250 кГц при шаге сетки 5 кГц обеспечивает повышение быстродействия в 3,6 раза. In the synchronization state, only the DC component will be present at the output of the third filter 20. Thus, the use of forced frequency control of the second PG9 increases the speed of the frequency synthesizer. Essentially, the proposed two-loop frequency control system of the second PG9. The reference generator 1 is made on two elements 2I-NOT (not shown in the drawing), covered by positive feedback, in the circuit of which a quartz resonator is installed. Filters 6, 13, and 20 are the simplest integrating RC chains. Dividers 4 and 7 can be performed on 564IE 15, PG 3 and 9 microcircuits on 564 GG1, PD 5 and 12 microcircuits on 564 LA7 and 564LA microcircuits, multipliers 17 and 19 and mixer 10 on 525PS3B microcircuits, driver 14 on an amplifier with transformer output , shaper 15 on the DAC 1108PA1A, non-inverting adder 16 - output on an operational amplifier. The band-pass filter 11 is an active filter made on operational amplifiers 544UD1A and R, C elements, the band-pass filter 19 is a passive filter of concentrated selection, the sensor 2 can be performed on the chip 564IE 15. Block 8 can be performed on the push-button switch P2K and microcircuits 564LA7, 564LA8 and 564LA9. A frequency synthesizer in the frequency range 160-250 kHz with a grid step of 5 kHz provides a 3.6-fold increase in speed.

Claims

A frequency synthesizer comprising a first tunable oscillator connected to a first auto-tuning ring, a first variable frequency divider, a first phase detector and a first low-pass filter, and a second tunable generator connected to the second auto-tuning ring, the output of which is the output of the frequency synthesizer, mixer, a first bandpass filter, a second phase detector and a second lowpass filter, as well as a reference oscillator, the output of which is connected through a second frequency divider with by the division factor to the second input of the first phase detector, and through the reference frequency sensor to the second input of the second phase detector, as well as the frequency setting unit, the first output of which is connected to the installation input of the first frequency divider with a variable division coefficient, and the second output to the installation input of the second a frequency divider with a variable division factor and to the input of a signal shaper of a coarse frequency setting, as well as a pulse shaper whose input is connected to the second output of the first generator, and the output to the first input of the mixer, characterized in that a non-inverting adder and series-connected first multiplier, second bandpass filter, second multiplier and third lowpass filter are introduced, while the first input of the first multiplier is connected to the output of the reference frequency sensor, the second input to the output of the first tunable generator, the second input of the second multiplier is connected to the output of the second tunable generator, the output of the third low-pass filter is connected to the second input einvertiruyuschego adder having a first input connected to the output driver rough frequency setting signals and the output of the adder is connected to the noninverting input of the coarse frequency setting of the second tunable oscillator.