RU2597477C1 - Frequency synthesizer - Google Patents
Frequency synthesizer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2597477C1 RU2597477C1 RU2015117991/08A RU2015117991A RU2597477C1 RU 2597477 C1 RU2597477 C1 RU 2597477C1 RU 2015117991/08 A RU2015117991/08 A RU 2015117991/08A RU 2015117991 A RU2015117991 A RU 2015117991A RU 2597477 C1 RU2597477 C1 RU 2597477C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- dds
- frequency
- output
- input
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может применяться в радиосвязи, системах радионавигации и радиолокации. В частности, предлагаемое изобретение предназначено для высокоточных бортовых радиолокационных систем (БРЛС), обладающих высоким уровнем помехозащищенности и скрытности.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in radio communications, radio navigation systems and radar systems. In particular, the present invention is intended for high-precision airborne radar systems (radar) with a high level of noise immunity and stealth.
Для обеспечения высокого уровня помехозащищенности и скрытности радиолокационных систем существует необходимость генерировать серии волн с различными частотами с сохранением фазовой когерентности между сериями волн одной и той же частоты, т.е. необходимость в сохранении одного и того же фазового сдвига относительно тактового сигнала. В большинстве случаев такая задача решается при помощи синтезаторов частот, обеспечивающих синтез множества когерентных частот.To ensure a high level of noise immunity and secrecy of radar systems, there is a need to generate a series of waves with different frequencies while maintaining phase coherence between series of waves of the same frequency, i.e. the need to maintain the same phase shift relative to the clock signal. In most cases, this problem is solved with the help of frequency synthesizers, providing the synthesis of many coherent frequencies.
Для синтеза множества когерентных частот в радиолокационных системах наиболее часто применяются синтезаторы с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ). Хотя преимуществом схем на основе ФАПЧ являются достаточно чистый спектр выходного сигнала и намного более низкий уровень сложности по сравнению с аналоговыми синтезаторами, синтезаторы на основе ФАПЧ имеют существенные недостатки. Одним из них является большое время перестройки. Другим недостатком является высокий уровень фазового шума, зависящий от коэффициента деления частотного делителя. Для уменьшения суммарного коэффициента деления в синтезатор частот можно ввести схему частотного преобразования либо использовать дробные коэффициенты деления. В первом случае требуется оптимизация отельных элементов схемы из-за высокой чувствительности к ним смесителей, а также устранение проблемы ложного захвата частоты, присущей схемам на основе частотного преобразования, что является далеко не тривиальными задачами. Во втором случае необходимо учитывать, что механизму дробного деления присущи фазовые ошибки, приводящие к повышенному содержанию негармонических спектральных составляющих.For the synthesis of many coherent frequencies in radar systems, phase-locked loop (PLL) synthesizers are most often used. Although the advantage of PLL-based circuits is a fairly clean output signal spectrum and a much lower level of complexity compared to analog synthesizers, PLL-based synthesizers have significant drawbacks. One of them is a great adjustment time. Another disadvantage is the high level of phase noise, depending on the division ratio of the frequency divider. To reduce the total division coefficient, a frequency conversion circuit can be introduced into the frequency synthesizer or fractional division coefficients can be used. In the first case, optimization of the individual elements of the circuit is required due to the high sensitivity of the mixers to them, as well as the elimination of the problem of false frequency capture inherent in circuits based on frequency conversion, which is far from trivial tasks. In the second case, it is necessary to take into account that the fractional division mechanism is characterized by phase errors, which lead to an increased content of nonharmonic spectral components.
Наиболее эффективным решением вышеописанных проблем является использование метода прямого цифрового синтеза частоты, отличающегося высоким разрешением по частоте и фазе, экстремально быстрой перестройкой по частоте без разрыва фазы и отсутствием необходимости применения точной подстройки опорной частоты.The most effective solution to the above problems is to use the direct digital frequency synthesis method, which is distinguished by a high resolution in frequency and phase, extremely fast frequency tuning without phase discontinuity and no need to use precise tuning of the reference frequency.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является синтезатор частот (заявка США №2014240004 A1, «Генератор фазо-когерентных сигналов», опубл. 28.08.2014 г., Н03В 21/00), который принят за прототип.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a frequency synthesizer (US application No. 2014240004 A1, “Phase-coherent signal generator”, published on 08.28.2014,
Структурная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где введены следующие обозначения:The block diagram of the prototype device is shown in FIG. 1, where the following notation is introduced:
1 - система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);1 - phase locked loop (PLL);
2 - ответвитель;2 - coupler;
3 - делитель тактовой частоты;3 - clock frequency divider;
4 - схема управления;4 is a control diagram;
5 - микросхема прямого цифрового синтеза (DDS);5 - direct digital synthesis chip (DDS);
6 - устройство фазовой памяти;6 - phase memory device;
7 - счетчик;7 - counter;
8 - умножитель;8 - multiplier;
9 - регистр частоты;9 - frequency register;
10 - регистр фазовой отстройки;10 - register phase detuning;
11 - первый мультиплексор;11 - the first multiplexer;
12 - второй мультиплексор;12 - second multiplexer;
13 - регистр конфигурации DDS;13 - DDS configuration register;
14 - формирователь данных;14 - data generator;
15 - контроллер;15 - controller;
16 - аккумулятор фазы;16 - phase accumulator;
17 - сумматор;17 - adder;
18 - амплитудно-фазовый конвертер;18 - amplitude phase converter;
19 - умножитель DDS;19 - DDS multiplier;
20 - цифроаналоговый преобразователь;20 - digital-to-analog converter;
fCLK - тактовая частота DDS;f CLK - DDS clock frequency;
fSYS - системная частота схемы управления;f SYS is the system frequency of the control circuit;
i - номер частоты;i is the frequency number;
POW - (phase offset word) - инкремент фазы;POW - (phase offset word) - phase increment;
FTW - (frequency tuning word) - значение частоты;FTW - (frequency tuning word) - frequency value;
PTW - (phase tuning word) - значение фазовой отстройки;PTW - (phase tuning word) - value of phase detuning;
CW - (configuration word) - значение конфигурации DDS;CW - (configuration word) - DDS configuration value;
IP - (instantaneous phase) - мгновенное значение фазы;IP - (instantaneous phase) - instantaneous phase value;
FOUT - выходной сигнал синтезатора частот.F OUT - the output signal of the frequency synthesizer.
Синтезатор частот содержит последовательно соединенные систему ФАПЧ 1 и ответвитель 2, один выход которого через делитель тактовой частоты 3 подключен к схеме управления 4 на базе программируемой логической схемы (ПЛИС), а другой - напрямую подключен к DDS 5. Схема управления 4 включает в себя устройство фазовой памяти 6, организованное в виде счетчика 7, умножителя 8, параллельно соединенных наборов регистров частот 9 и регистров фазовой отстройки 10, а также первого 11 и второго 12 мультиплексоров, и регистр конфигурации DDS 13, выход которого соединен с одним входом формирователя данных 14. При этом выходы регистров фазовой отстройки 10 из каждого набора подключены к входам первого мультиплексора 11, выход которого соединен с умножителем 8, а выходы регистров частоты 9 из каждого набора подключены к входам второго мультиплексора 12, выход которого соединен с одним из входов формирователя данных 14. Другой вход формирователя данных 14 соединен с выходом умножителя 8.The frequency synthesizer contains a
DDS 5 содержит последовательно соединенные контроллер 15, аккумулятор фазы 16, сумматор 17, амплитудно-фазовый конвертер 18, умножитель DDS 19 и цифроаналоговый преобразователь 20, выход которого является выходом синтезатора частот. При этом выход формирователя данных 14 схемы управления 4 подключен к входу контроллера 15 DDS 5, а выходы контроллера 15 подключены к входам аккумулятора фазы 16, сумматора 17 и умножителя DDS 19.DDS 5 contains a series-connected
Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.
На вход системы ФАПЧ 1 подается низкочастотный сигнал опорной частоты, который преобразуется в СВЧ-сигнал fCLK. С выхода системы ФАПЧ 1 сигнал fCLK поступает на ответвитель 2, который разделяет этот сигнал по мощности. Одна часть разделенного СВЧ-сигнала поступает на вход делителя тактовой частоты 3, а другая часть - на вход DDS 5, где тактовый сигнал fCLK разветвляется и подается на входы контроллера 15, аккумулятора фазы 16 и цифроаналогового преобразователя 20. При получении СВЧ-сигнала DDS 5 запускается и ожидает команд от схемы управления 4. В то же время делитель тактовой частоты 3 перестраивает полученный СВЧ-сигнал по частоте и подает последовательность тактовых импульсов системной частоты fSYS (fSYS= fCLK/K, где fSYS - системная частота, K - коэффициент деления), на счетчик 7 устройства фазовой памяти 6 и на один из входов формирователя данных 14, запуская схему управления 4. Счетчик 7 начинает накапливать тактовые импульсы и через каждый такт (1 такт = 1 период сигнала fSYS) выдает накопленное значение в виде двоичного кода на умножитель 8. В это же время на входы первого 11 и второго 12 мультиплексоров подается сигнал выбора частоты (i - порядковый номер частоты).At the input of the
Первый мультиплексор 11 обрабатывает полученный сигнал и «выбирает» из набора регистров нужный регистр фазовой отстройки 10 в соответствии со значением номера частоты i. Соответствующее значение инкремента фазы POWi в виде двоичного кода с выхода выбранного регистра фазовой отстройки 10 поступает на один из входов первого мультиплексора 11, а затем подается на умножитель 8, где и перемножается с накопленным в счетчике 7 значением. В результате перемножения формируется значение фазовой отстройки PTWi для заданной частоты, которое поступает на вход формирователя данных 14.The
Второй мультиплексор 12 также обрабатывает полученный сигнал и «выбирает» из набора регистров нужный регистр частоты 9 в соответствии со значением номера частоты i. Соответствующее значение частоты FTWi в виде двоичного кода с выхода выбранного регистра частоты 9 поступает на один из входов второго мультиплексора 12, а затем подается на другой вход формирователя данных 14.The
На свободный вход формирователя данных 14 из регистра конфигурации DDS 13 подается значение конфигурации DDS CW (начальные условия работы DDS: форма выходного сигнала, режим генерации сигнала и т.д.) в виде двоичного кода.To the free input of the
Формирователь данных 14 обрабатывает полученные данные (PTWi, FTWi и CW) и выдает сигнал сброса (RESET) на вход контроллера 15, обнуляя все регистры DDS 5, в целях исключения наложения записываемых данных на остаточные. После этого формирователь данных 14 отправляет накопленные данные о значениях фазовой отстройки, частоты и конфигурации DDS на контроллер 15 DDS 5.The
Контроллер 15 анализирует полученные кодовые последовательности (значения фазовой отстройки, частоты и конфигурации DDS) и записывает эти данные во внутренние регистры аккумулятора фазы 16 по фронту тактовой частоты fCLK.The
Аккумулятор фазы 16 складывает соответствующее значение частоты FTWi с собственным внутренним значением (в двоичном коде) и в каждый такт выдает результат сложения IP, являющийся мгновенным значением фазы в двоичном коде, на сумматор 17. При этом этот же результат сложения IP посредством обратной связи подается на второй вход аккумулятора фазы 16 и вновь складывается с тем же заданным соответствующим значением частоты FTWi. Процесс сложения длится непрерывно, пока работает синтезатор частот. На другой вход сумматора 17 контроллером 15 подается значение фазовой отстройки PTWi, которое складывается с мгновенным значением фазы IP.The
С выхода сумматора 17 отстроенное значение фазы в виде двоичного кода подается на вход амплитудно-фазового конвертера 18. Конвертер 18 выбирает значение функции синуса в соответствии с полученным значением фазы и выдает амплитудное значение синуса на вход умножителя DDS 19, на другой вход которого с выхода контроллера 15 подается масштабирующий коэффициент амплитуды ATW.From the output of the
С выхода умножителя DDS 19 отмасштабированное по амплитуде значение сигнала в цифровом виде поступает на цифроаналоговый преобразователь 20, который преобразует это значение в аналоговый вид и выдает на выход DDS 5 сигнал FOUT синусоидальной формы.From the output of the
Недостатком вышеописанного синтезатора частот является сложный алгоритм тактирования применяемых микросхем, требующий применения дополнительных схемных компонентов - ответвителя и делителя тактовой частоты. Плата синтезатора частот прототипа имеет достаточно большие размеры.The disadvantage of the above frequency synthesizer is the complex timing algorithm of the used circuits, which requires the use of additional circuit components - a coupler and a clock divider. The prototype frequency synthesizer board is quite large.
Недостатком также является финитный (конечный) характер когерентности синтезируемых частот, определяемый разрядностью используемого в устройстве фазовой памяти счетчика. По достижении заданного разрядностью значения счетчик обнуляется, происходит потеря полезной информации в виде значений фазовой отстройки, что приводит к рассогласованности частот на выходе синтезатора. Отсутствие когерентности частот на выходе синтезатора приведет к тому, что при дальнейшей обработке сигнала в приемопередающем тракте бортовой РЛС будет накапливаться ошибка. В результате точность определения параметров целевых объектов бортовой РЛС снизится.A disadvantage is also the finite (finite) nature of the coherence of the synthesized frequencies, which is determined by the capacity of the counter phase memory used in the device. Upon reaching the value set by the digit capacity, the counter is reset to zero, there is a loss of useful information in the form of phase detuning values, which leads to a frequency mismatch at the output of the synthesizer. The lack of frequency coherence at the output of the synthesizer will lead to the fact that during further processing of the signal, an error will accumulate in the transceiver path of the airborne radar. As a result, the accuracy of determining the parameters of targets onboard radar will decrease.
Недостатком вышеописанного синтезатора также является применение аппаратного сброса всех регистров микросхемы DDS, вследствие которого процесс синтеза частоты прекращается на время перезаписи необходимых регистров. Т.е. происходит молчание схемы на некоторый период и, таким образом, уменьшается время полезной работы всего синтезатора частот, что также приводит к снижению точности определения параметров целевых объектов бортовой РЛС.The disadvantage of the synthesizer described above is the use of hardware reset of all the registers of the DDS chip, as a result of which the frequency synthesis process stops during the overwriting of the necessary registers. Those. the circuit is silent for a period and, thus, the useful time of the entire frequency synthesizer is reduced, which also leads to a decrease in the accuracy of determining the parameters of the target objects of the airborne radar.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение вышеперечисленных недостатков. Технический результат заключается в обеспечении высокой точности определения параметров целевых объектов бортовыми РЛС и уменьшении массогабаритных характеристик приемопередающего тракта всей бортовой РЛС за счет оптимизации структуры синтезатора частот.The proposed technical solution is aimed at eliminating the above disadvantages. The technical result consists in providing high accuracy in determining the parameters of target objects by airborne radars and reducing the weight and size characteristics of the transceiver path of the entire airborne radar station by optimizing the structure of the frequency synthesizer.
Технический результат достигается тем, что синтезатор частот, содержащий систему фазовой автоподстройки частоты, микросхему прямого цифрового синтеза (DDS), состоящую из последовательно подключенных контроллера, аккумулятора фазы с обратной связью, сумматора, амплитудно-фазового конвертера, умножителя DDS и цифроаналогового преобразователя, при этом выходы контроллера подключены к аккумулятору фазы, сумматору и умножителю DDS соответственно, и схему управления, включающую в себя устройство фазовой памяти, состоящее из параллельно включенных наборов регистров фазовой отстройки и регистров частоты и первого и второго мультиплексоров, свободные входы которых предназначены для приема значений порядкового номера частоты, а выход каждого регистра частоты подключен к соответствующим входам второго мультиплексора, формирователь данных, один вход которого соединен с выходом первого мультиплексора, а другой его вход соединен с регистром конфигурации DDS, при этом выход формирователя данных является выходом схемы управления и подключен к входу контроллера DDS, отличается тем, что устройство фазовой памяти содержит параллельно соединенные сумматоры с обратной связью, входы которых подключены к соответствующим регистрам фазовой отстройки, а выход каждого сумматора подключен к соответствующим входам первого мультиплексора, при этом DDS содержит генератор синхроимпульсов, подключенный к тактовому входу схемы управления, и сообщается с каждым сумматором устройства фазовой памяти.The technical result is achieved by the fact that a frequency synthesizer containing a phase-locked loop, a direct digital synthesis chip (DDS), consisting of a series-connected controller, a phase feedback battery, an adder, an amplitude-phase converter, a DDS multiplier and a digital-to-analog converter, the controller outputs are connected to a phase accumulator, an adder and a DDS multiplier, respectively, and a control circuit including a phase memory device consisting of in parallel with sets of phase detuning registers and frequency registers and the first and second multiplexers, the free inputs of which are designed to receive values of the frequency serial number, and the output of each frequency register is connected to the corresponding inputs of the second multiplexer, a data shaper, one input of which is connected to the output of the first multiplexer, and its other input is connected to the DDS configuration register, while the output of the data driver is the output of the control circuit and connected to the input of the DDS controller, characterized in that the phase memory device contains parallel connected adders with feedback, the inputs of which are connected to the corresponding registers of the phase detuning, and the output of each adder is connected to the corresponding inputs of the first multiplexer, while the DDS contains a clock generator connected to the clock input of the control circuit, and communicates with each adder phase memory devices.
Структурная схема предлагаемого синтезатора частот приведена на фиг. 2, где введены следующие обозначения:The structural diagram of the proposed frequency synthesizer is shown in FIG. 2, where the following notation is introduced:
1 - система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ);1 - phase locked loop (PLL);
2 - микросхема прямого цифрового синтеза (DDS);2 - direct digital synthesis chip (DDS);
3 - генератор синхроимпульсов;3 - a clock generator;
4 - контроллер;4 - controller;
5 - аккумулятор фазы;5 - phase accumulator;
6 - сумматор;6 - adder;
7 - амплитудно-фазовый конвертер;7 - amplitude phase converter;
8 - умножитель DDS;8 - DDS multiplier;
9 - цифроаналоговый преобразователь9 - digital-to-analog converter
10 - схема управления;10 is a control diagram;
11 - устройство фазовой памяти;11 - phase memory device;
12 - регистр фазовой отстройки;12 - register phase detuning;
13 - регистр частоты;13 - frequency register;
14 - сумматор;14 - adder;
15 - первый мультиплексор;15 - the first multiplexer;
16 - второй мультиплексор;16 - second multiplexer;
17 - формирователь данных;17 - data generator;
18 - регистр конфигурации DDS.18 - DDS configuration register.
fCLK - тактовая частота DDS;f CLK - DDS clock frequency;
fSYS - системная частота схемы управления; i - номер частоты;f SYS is the system frequency of the control circuit; i is the frequency number;
POW - (phase offset word) - инкремент фазы;POW - (phase offset word) - phase increment;
FTW - (frequency timing word) - значение частоты;FTW - (frequency timing word) - frequency value;
PTW - (phase tuning word) - значение фазовой отстройки;PTW - (phase tuning word) - value of phase detuning;
CW - (configuration word) - значение конфигурации DDS;CW - (configuration word) - DDS configuration value;
IP - (instantaneous phase) - мгновенное значение фазы;IP - (instantaneous phase) - instantaneous phase value;
FOUT - выходной сигнал синтезатора частот.F OUT - the output signal of the frequency synthesizer.
Синтезатор частот содержит систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 1, выход которой подключен к тактовому входу микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) 2.The frequency synthesizer contains a phase locked loop (PLL) 1, the output of which is connected to the clock input of a direct digital synthesis chip (DDS) 2.
DDS 2 включает в себя генератор синхроимпульсов 3, последовательно подключенные контроллер 4, аккумулятор фазы 5 в виде накапливающего сумматора с обратной связью, сумматор 6, амплитудно-фазовый конвертер 7, представляющий собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором записаны табличные значения одного периода функции синуса, и предусмотренный для обработки кода фазы, умножитель DDS 8 и цифроаналоговый преобразователь 9 для преобразования выбранного по амплитуде значения сигнала из цифрового вида в аналоговый и выдачи преобразованного сигнала FOUT синусоидальной формы на выход DDS, являющийся выходом всего синтезатора частот.
Синтезатор частот также содержит схему управления 10, организованную на базе ПЛИС. Схема управления 10 включает в себя устройство фазовой памяти 11, представляющее собой параллельно включенные наборы регистров фазовой отстройки 12, регистров частоты 13 и сумматоров 14 с обратной связью для каждой частоты, при этом выход каждого регистра фазовой отстройки 12 соединен с входом соответствующего сумматора 14, и первый 15 и второй 16 мультиплексоры, формирователь данных 17 и регистр конфигурации DDS 18, задающий начальные условия работы DDS 2. Выходы каждого регистра частоты 13 подключены к соответствующим входам первого 15 мультиплексора, а выходы каждого сумматора 14 подключены к соответствующим входам второго 16 мультиплексора. Выходы мультиплексоров 15 и 16 подключены к входам формирователя данных 17. Выход формирователя данных 17 является выходом схемы управления 10 и подключен к входу контроллера 4 DDS 2. Тактовый вход схемы управления 10 подключен к выходу генератора синхроимпульсов 3 DDS 2.The frequency synthesizer also contains a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На вход системы ФАПЧ 1 подается низкочастотный сигнал опорной частоты, который преобразуется в СВЧ-сигнал fCLK. С выхода системы ФАПЧ 1 сигнал fCLK подается на тактовый вход схемы DDS 2 и, разветвляясь, поступает на входы контроллера 4, аккумулятора фазы 5, цифроаналогового преобразователя 9 и генератора синхроимпульсов 3. При получении сигнала fCLK генератор синхроимпульсов 3 формирует системную тактовую частоту fSYS и подает последовательность импульсов на тактовый вход схемы управления 10, запуская ее. Системная частота fSYS подается на входы каждого сумматора 14 устройства фазовой памяти 11 и на один из входов формирователя данных 17. На другие входы сумматоров 14 подаются соответствующие данному набору значения инкрементов фазы POWi в виде двоичных кодов.At the input of the
Значения инкрементов фазы POWi являются заранее вычисленными по формуле значениями для каждого значения частоты FTWi и хранятся в соответствующих регистрах фазовой отстройки 12:The values of the increments of the phase POW i are pre-calculated by the formula values for each frequency value FTW i and are stored in the corresponding registers of the phase offset 12:
гдеWhere
i - порядковый номер частоты, соответствующий значению частоты, записанной в регистре частоты (i=1, 2 …, N);i is the serial number of the frequency corresponding to the value of the frequency recorded in the frequency register (i = 1, 2 ..., N);
POWi - значение инкремента фазы соответствующего регистра фазовой отстройки в двоичном коде;POW i is the phase increment value of the corresponding phase detuning register in binary code;
FTWi - значение частоты соответствующего регистра частоты в двоичном коде;FTW i is the frequency value of the corresponding frequency register in binary code;
fCLK - значение тактовой частоты, подаваемой на DDS;f CLK - the value of the clock frequency supplied to the DDS;
fSYS - значение системной частоты, подаваемой на схему управления.f SYS is the value of the system frequency supplied to the control circuit.
Значения FTWi регистров частоты являются программно заданными и вычисленными по формуле исходя из значений частот FOUT, синтезируемых DDS:The FTW i values of the frequency registers are programmed and calculated by the formula based on the values of the F OUT frequencies synthesized by DDS:
гдеWhere
FOUTi- значение i-й частоты, синтезируемой DDS.F OUTi - the value of the i-th frequency synthesized by DDS.
Каждый сумматор 14 складывает соответствующее значение инкремента фазы POWi с собственным внутренним значением и в каждый такт выдает результат сложения PTWi, являющийся значением фазовой отстройки в виде двоичного кода, на соответствующий выход второго мультиплексора 16. При этом результат сложения PTWi посредством обратной связи подается на другой вход сумматора 14 и вновь складывается с тем же заданным соответствующим значением инкремента фазы POWi. Процесс сложения длится непрерывно, пока работает синтезатор частот.Each
На свободный вход второго мультиплексора 16 подается сигнал выбора частоты (i - порядковый номер частоты), на основании которого мультиплексор 16 выбирает соответствующий набор регистров фазовой отстройки 12 и сумматоров 14 (например, i=1, выбирается 1-й набор) и подает значение фазовой отстройки PTWi из выбранного набора на вход формирователя данных 17.The frequency select signal (i is the frequency serial number) is applied to the free input of the
На свободный вход первого мультиплексора 15 также подается сигнал выбора частоты, на основании которого мультиплексор 15 выбирает соответствующий набор регистров частоты 13 и подает значение частоты FTWi из выбранного набора на вход формирователя данных 17.The frequency select signal is also fed to the free input of the
На свободный вход формирователя данных 17 поступает значение конфигурации DDS CW (начальные условия работы DDS: форма выходного сигнала, режим генерации сигнала и т.д.), хранящееся в регистре конфигурации DDS 18.The DDS CW configuration value (initial DDS operating conditions: output signal form, signal generation mode, etc.) stored in the
Формирователь данных 17 обрабатывает полученные данные (PTWi, FTWi и CW) и посылает накопленные значения фазовой отстройки PTWi, частоты FTWi и конфигурации DDS CW на вход контроллера 4 DDS 2. Отправка данных формирователем 17 осуществляется по фронту системной частоты fSYS.
Контроллер 4 анализирует полученные значения, посылает сигнал сброса (RESET) на аккумулятор фазы 5, обнуляя его внутренние регистры, задает условия работы DDS 2 и затем записывает во внутренние регистры аккумулятора фазы 5, сумматора 6 и умножителя DDS 8 значения частоты FTWi, фазовой отстройки PTWi и амплитуды ATW соответственно.
Аккумулятор фазы 5 складывает полученное значение частоты FTWi с собственным внутренним значением и в каждый такт выдает результат сложения IP, являющийся мгновенным значением фазы в виде двоичного кода, на сумматор 6. При этом мгновенное значение фазы IP посредством обратной связи подается на другой вход аккумулятора фазы 5 и вновь складывается со значением частоты FTWi. Процесс сложения длится непрерывно, пока работает синтезатор частот. На другой вход сумматора 6 с выхода контроллера 4 подается значение фазовой отстройки PTWi, которое складывается с мгновенным значением фазы IP.The
С выхода сумматора 6 отстроенное значение фазы в виде двоичного кода подается на вход амплитудно-фазового конвертера 7. Конвертер 7 выбирает значение функции синуса в соответствии с полученным значением фазы и выдает амплитудное значение синуса на вход умножителя DDS 8, на другой вход которого с выхода контроллера 4 подается масштабирующий коэффициент амплитуды ATW.From the output of adder 6, the detuned phase value in the form of a binary code is fed to the input of the amplitude-
С выхода амплитудно-фазового конвертера 7 отмасштабированное значение сигнала в цифровом виде поступает на цифроаналоговый преобразователь 9, который преобразует это значение в аналоговый вид и выдает на выход DDS 2, являющийся выходом синтезатора частот, сигнал FOUT синусоидальной формы.From the output of the amplitude-
Для построения схемы управления возможно использование ПЛИС фирм Altera и Xilinx (к примеру, EP3C5E144I7N, EP3C25E144I7N, EP3C120F484I7N, EP4CE115F23I7N, EP4CGX150CF23I7N и т.д.). Для построения микросхемы прямого цифрового синтеза (DDS) возможно использование микросхем фирмы Analog Devices (к примеру, AD9914BCPZ, AD9915BCPZ). В качестве системы ФАПЧ возможно использование микросхем фирм Analog Devices, Hittite (к примеру, HMC440QS16G, HMC830PL6GE, HMC833LP6GE, ADF4350BCPZ и т.д.).To build a control circuit, it is possible to use FPGAs from Altera and Xilinx (for example, EP3C5E144I7N, EP3C25E144I7N, EP3C120F484I7N, EP4CE115F23I7N, EP4CGX150CF23I7N, etc.). To build a direct digital synthesis chip (DDS), you can use chips from Analog Devices (for example, AD9914BCPZ, AD9915BCPZ). As a PLL system, it is possible to use microcircuits from Analog Devices, Hittite (for example, HMC440QS16G, HMC830PL6GE, HMC833LP6GE, ADF4350BCPZ, etc.).
Для реализации настоящего изобретения применяется схема прямого цифрового синтеза частот серии AD9914, содержащая генератор синхроимпульсов. Генератор синхроимпульсов необходим для синхронизации момента запуска нескольких микросхем, используемых в синтезаторе частот. В заявленном синтезаторе применяется всего одна схема DDS, а выход генератора синхроимпульсов подключается к тактовому входу схемы управления. Тактовые импульсы генератора запускают схему управления. Такое подключение позволяет отказаться от использования дополнительных электронных компонентов в схеме синтезатора частот (в частности, ответвителя и делителя тактовых импульсов) и, тем самым, уменьшить массогабаритные параметры платы синтезатора частот и приемопередающего тракта всей БРЛС соответственно.To implement the present invention, a direct digital frequency synthesis circuit of the AD9914 series is used, comprising a clock generator. A clock generator is needed to synchronize the start time of several circuits used in a frequency synthesizer. In the claimed synthesizer, only one DDS circuit is used, and the output of the clock generator is connected to the clock input of the control circuit. Generator clocks trigger a control circuit. This connection allows you to abandon the use of additional electronic components in the frequency synthesizer circuit (in particular, a coupler and a clock divider) and, thereby, reduce the weight and size parameters of the frequency synthesizer board and the transceiver path of the entire radar, respectively.
Организация устройства фазовой памяти схемы управления в виде набора сумматоров с обратной связью позволяет избежать потери полезной информации в виде значений фазовой отстройки. Это достигается тем, что сумматор свободен от обнуления, т.е. он может складывать значения фазовой отстройки для каждой частоты бесконечно долго без потери информации об остатке фазы. Таким образом, синтез частоты на протяжении всего времени работы устройства происходит непрерывно без разрыва фазы, что способствует улучшению когерентности сигнала в синтезаторе частот. Благодаря этому качество обработки сигнала в приемопередающем тракте БРЛС повышается, и БРЛС может определять различные параметры целевых объектов БРЛС с высокой точностью.The organization of the phase memory device of the control circuit in the form of a set of adders with feedback avoids the loss of useful information in the form of phase detuning values. This is achieved by the fact that the adder is free from zeroing, i.e. it can add phase offset values for each frequency indefinitely without loss of information about the remainder of the phase. Thus, the synthesis of the frequency throughout the entire operation of the device occurs continuously without phase disruption, which helps to improve the coherence of the signal in the frequency synthesizer. Due to this, the signal processing quality in the radar transceiver path is improved, and the radar can determine various parameters of the radar target objects with high accuracy.
Также высокая точность определения параметров целевых объектов БРЛС достигается применением программного сброса в микросхеме DDS. В отличие от аппаратного сброса, применяемого в прототипе и обнуляющего все регистры микросхемы, программный сброс при появлении сигнала об обновлении данных обнуляет только аккумулятор фазы DDS, т.к. для синтеза когерентных частот необходимо контролировать только значение фазы, т.е. обнуление всех регистров DDS не требуется. Это позволяет DDS синтезировать старую частоту во время записи в него новых данных. Таким образом, время переключения синтезатора между частотами сокращается из-за отсутствия периода молчания схемы после сброса, что позволяет непрерывно обрабатывать сигнал в приемопередающем тракте БРЛС.Also, high accuracy in determining the parameters of radar targets is achieved by using a software reset in the DDS chip. In contrast to the hardware reset used in the prototype and zeroing all the registers of the microcircuit, a software reset when a signal appears about updating the data only resets the DDS phase battery, because for the synthesis of coherent frequencies, it is necessary to control only the phase value, i.e. resetting all DDS registers is not required. This allows DDS to synthesize the old frequency while writing new data to it. Thus, the switching time of the synthesizer between frequencies is reduced due to the absence of a period of silence of the circuit after a reset, which allows you to continuously process the signal in the transceiver path of the radar.
На фиг. 3 приведены графики выходных сигналов эталонного и испытуемого синтезаторов частот. При проверке синтезатора частот производился одновременный запуск двух синтезаторов на одинаковых частотах. Каждый синтезатор подключался к одному из каналов осциллографа, синхронизированного по фронту одного из синтезаторов (эталонного), относительно которого измерялась начальная фаза «испытуемого» синтезатора. Развертку осциллографа настроили так, чтобы можно было различать сигналы двух синтезаторов: поменяли амплитудную развертку испытуемого синтезатора (график большей амплитуды) относительно эталонного (график меньшей амплитуды) так, чтобы его амплитуда была в два раза больше амплитуды другого (фиг. 3А, время операции 09:24:56). Затем меняли частоту испытуемого синтезатора, при этом, поскольку осциллограф синхронизирован по фронту сигнала от другого синтезатора, график начинал «дрожать» (фиг. 3Б, время операции 09:25:24). После этого частоту испытуемого синтезатора снова переключали на прежнюю. Сигнал синтезатора при этом «вставал» на прежние значения начальной фазы относительно сигнала эталонного синтезатора (фиг. 3В, время операции 09:25:56).In FIG. Figure 3 shows the graphs of the output signals of the reference and test frequency synthesizers. When checking the frequency synthesizer, two synthesizers were simultaneously launched at the same frequencies. Each synthesizer was connected to one of the channels of the oscilloscope, synchronized along the front of one of the synthesizers (reference), relative to which the initial phase of the “test” synthesizer was measured. The oscilloscope sweep was set up so that the signals of two synthesizers could be distinguished: the amplitude sweep of the tested synthesizer was changed (graph of larger amplitude) relative to the reference (graph of smaller amplitude) so that its amplitude was two times the amplitude of the other (Fig. 3A, operation time 09 : 24: 56). Then, the frequency of the tested synthesizer was changed, and since the oscilloscope was synchronized along the edge of the signal from another synthesizer, the graph started to “tremble” (Fig. 3B, operation time 09:25:24). After that, the frequency of the tested synthesizer was again switched to the previous one. The synthesizer signal thus “rose” to the previous values of the initial phase relative to the reference synthesizer signal (Fig. 3B, operation time 09:25:56).
Испытания показали, что при переключении частот сигналы синтезатора частот в разные моменты времени остаются когерентными. Благодаря этому качество обработки сигнала в приемопередающем тракте БРЛС повышается, и БРЛС может определять различные параметры целевых объектов БРЛС с высокой точностью.Tests have shown that when switching frequencies, the signals of the frequency synthesizer at different points in time remain coherent. Due to this, the signal processing quality in the radar transceiver path is improved, and the radar can determine various parameters of the radar target objects with high accuracy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117991/08A RU2597477C1 (en) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | Frequency synthesizer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015117991/08A RU2597477C1 (en) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | Frequency synthesizer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2597477C1 true RU2597477C1 (en) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015117991/08A RU2597477C1 (en) | 2015-05-13 | 2015-05-13 | Frequency synthesizer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2597477C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4951004A (en) * | 1989-03-17 | 1990-08-21 | John Fluke Mfg. Co., Inc. | Coherent direct digital synthesizer |
US5467294A (en) * | 1994-03-09 | 1995-11-14 | Hu; Vince | High speed, low power direct digital synthesizer |
RU90915U1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" | DIGITAL FREQUENCY SYNTHESIS |
RU2504891C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-01-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" | Method of generating output frequency of direct synthesis digital synthesiser |
US20140240004A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Teledyne Wireless, Llc | Phase disciplined, direct digital synthesizer based, coherent signal generator |
-
2015
- 2015-05-13 RU RU2015117991/08A patent/RU2597477C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4951004A (en) * | 1989-03-17 | 1990-08-21 | John Fluke Mfg. Co., Inc. | Coherent direct digital synthesizer |
US5467294A (en) * | 1994-03-09 | 1995-11-14 | Hu; Vince | High speed, low power direct digital synthesizer |
RU90915U1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" | DIGITAL FREQUENCY SYNTHESIS |
RU2504891C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-01-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" | Method of generating output frequency of direct synthesis digital synthesiser |
US20140240004A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | Teledyne Wireless, Llc | Phase disciplined, direct digital synthesizer based, coherent signal generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2495634B1 (en) | A time base generator and method for providing a first clock signal and a second clock signal | |
US7064616B2 (en) | Multi-stage numeric counter oscillator | |
WO2008144579A2 (en) | Fractional-n synthesized chirp generator | |
US10976409B2 (en) | Frequency-modulated continuous wave generator and frequency-modulated continuous wave radar system including the same | |
CN109959905B (en) | AD 9915-based phase compensation method and circuit for agile phase-coherent radar | |
EP2207263B1 (en) | A digital time base generator and method for providing a first clock signal and a second clock signal | |
CN103675780A (en) | Ku (K-under) wave band fully-coherent radar target simulator | |
WO2019094509A1 (en) | Midband phase noise reducer for plls | |
US9602115B1 (en) | Method and apparatus for multi-rate clock generation | |
RU2597477C1 (en) | Frequency synthesizer | |
RU2566962C1 (en) | Digital computational synthesiser of frequency-modulated signals | |
US11424749B1 (en) | Analog lock detector for a phase lock loop | |
RU2701050C1 (en) | Digital synthesizer of phase-shift keyed signals | |
RU2721408C1 (en) | Digital computer synthesizer with fast frequency tuning | |
RU2710280C1 (en) | Digital computing synthesizer for double-frequency signals | |
Ryabov | Digital Synthesizers of Frequency-Modulated Signals | |
Samarah | A 320 mhz digital linear frequency modulated signal generator for radar applications using fpga technology | |
Liu et al. | Design and implementation of a ultra-high timing resolution pulse generator based on real-time computation | |
RU2362180C2 (en) | Short-range radiolocator with ultra high resolution (versions) | |
RU2597670C1 (en) | Digital synthesizer of variable frequency | |
Indrawijaya et al. | Fractional-N PLL Synthesizer for FMCW Signal Generator with Dual-Mode Modulation Pattern | |
RU2726281C1 (en) | Active phased antenna array | |
Klyuzhev et al. | Direct digital synthesis of signals in radiolocation, communication and telecommunication systems | |
RU2757413C1 (en) | Digital computational synthesizer for adaptive communication systems with pprf | |
Sawant et al. | Waveform generator for RADAR using FPGA |