RU29631U1 - Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией - Google Patents

Description

( - - .л ьH03L 7/18

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 (ИФАПЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи, в котором модулирующий 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 неофаниченной 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 уменьшения. Эта компенсация происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой петлевым фильтром нижних частот (ФПЧ), т.е. на нижних частотах. Для расширения диапазона частот модуляции в сторону низких частот необходимо сужать полосу пропускания кольца ИФАПЧ, т.е. делать ФПЧ 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 FMH , возникает противоречие между необходимостью автоподстройки частоты УГ и одновременного исключения реакции кольца ИФАПЧ на модулирующие возмущения.

В значительной степени это противоречие удаётся разрешить 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, П 03 С 3/10, П 03 L 7/16, 1984г.)

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с частотной модуляцией (см. свидетельство на полезную модель № 8851 от 02Л 2.1997 г.), в котором для формирования частотно-модулированного сигнала в широкой 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 UJ,(t). 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 .кл -НОЗС 3/10

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 повышения быстродействия в этом ЦСЧ инерционность ФНЧ уменьшена, 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 широкой полосе модулирующих частот, когда FMH -: 0. В 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 УГ в широком диапазоне частот.

Целью предлагаемого технического решения является исключение влияния реакции кольца ИФАПЧ синтезатора на равномерность АЧМХ в широком диапазоне модулирующих частот при одновременном повышении быстродействия и уменьшения 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 и фильтр верхних частот, последовательно соединённые управляемый генератор, первый балансный модулятор и первый сумматор, выход которого является выходом устройства, причём управляющий вход управляемого генератора соединён с выходом фильтра нижних частот и входом фильтра верхних частот, последовательно соединённые фазовращатель на 71/2 и второй балансный модулятор, выход которого соединён со вторым входом первого сумматора, причём вход фазовращателя на 7c/2 соединён с выходом управляемого генератора и входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединён со вторым входом частотно-фазового детектора, а также источник модулирующего сигнала, введены последовательно соединённые инвертор, второй сумматор, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, косинусный преобразователь кода, первый цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединён со вторым входом первого балансного модулятора, причём вход инвертора соединён с выходом фильтра верхних частот, последовательно соединённые синусный преобразователь кода и второй цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединён со вторым входом второго ба2 // /

лансного модулятора, причём вход синусного преобразователя кода объединён со входом косинусного преобразователя кода и соединён с выходом аналогоцифрового преобразователя. При этом выход источника модулирующего сигнала соединён со вторым входом второго сумматора.

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 синусно-косинусных составляющих модулирующего сигнала позволяет значительно расширить диапазон модулирующих частот в область нижних частот и получить ровную (без всплесков и провалов) АЧМХ.

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

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

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

ЦСЧ с ЧМ содержит последовательно соединённые опорный генератор ОГ1, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД 2, частотно-фазовый детектор ЧФД 3, фильтр нижних частот ФПЧ 4 и фильтр верхних частот ФВЧ 5, последовательно соединённые управляемый генератор У Г 6, первый балансный модулятор БМ 7 и первый сумматор СУМ 8, выход которого является выходом устройства, причём управляющий вход УГ 6 соединён с выходом ФПЧ 4 и входом ФВЧ 5, последовательно соединённые фазовращатель на 7i/2 ФВ9 и второй балансный модулятор БМ 10, выход которого соединён со вторым входом первого сумматора СУМ 8, причём вход фазовращателя на 7u/2 ФВ 9 соединён с выходом управляемого генератора У Г 6 и входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД 11, выход которого соединён со вторым входом частотно-фазового детектора ЧФД 3, а также источник модулирующего сигнала ИМС 12, последовательно соединённые инвертор ИПВ 13, второй сумматор СУМ 14, интегратор ИПТ 15, аналого-цифровой преобразователь АЦП16, косинусный преобразователь кода КПК 17, первый цифро-аналоговый преобразователь ЦАП 18, выход которого соединён со вторым входом первого балансного модулятора БМ 7, причём вход инвертора ИПВ 13 соединён с выходом фильтра верхних частот ФВЧ 5, последовательно соединённые синусный преобразователь кода СПК 19 и второй цифро-аналоговый преобразователь ЦАП20, выход которого соединён со вторым входом второго балансного модулятора БМ 10, причём вход синусного преобразователя кода СПК 19 объединён со входом косинусного преобразователя кода КПК 17 и соединён с выходом аналого-цифрового преобразователя АЦП 16. При этом выход источника модулирующего сигнала ИМС 12 соединён со вторым входом второго сумматора СУМ 14.

3Sjpcbifl

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.

После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ на выходе УГ6 формируется высокочастотное (ВЧ) колебание

угб (О / + т ( а носле фазовращателя на 7i/2 ФВ 9

ифв9 (О )/ + т Ыпчм ( где т - размерный коэффициент рад/В.

Таким образом, с выхода УГ 6 ВЧ-сигнал с номощью ФВ 9 разделяется на две квадратурные составляющие, т.е. на входах первого БМ 7 и второго БМ10 формируются несущие колебания одинаковой частоты, но сдвинутые друг относительно друга по фазе на 9(f

Напряжение подстройки частоты на управляющем входе УГ 6 можно представить в виде

e(t} UQ +Ufj4M(t где Uo - постоянное напряжение управления,

ипчм() - напряжение паразитной частотной модуляции (ПЧМ) с частотами, кратными частоте сравнения.

Тогда на выходе ФВЧ 5 формируется напряжение

UфBЧ5(t) - ПЧм((),

а на выходе первого ИНВ 13 яяб/5(0 СОПосле подачи модулирующего напряжения ) от ИМС13 на выходе второго ИПТ14 формируется сигнал

ЯЯ72(( выходе ИМС 12 имеется напряжение полезного модулирующего сигнала им((), тогда на выходе СУМ 14 имеется напряжение

СУМ/ДО ( Ufj4M (t}dt, а на выходе ИНТ 15

«Я//7/5(0 Лим((0 lu(t)dt-IUf,.f,,(t}dt.

С выхода ИНТ 15 этот сигнал после преобразования в цифровой код в АЦП 16 поступает на входы КПК 17 и СПК 19. Преобразование unHnsft) в цифровой код и синусно-косинусное преобразование кода необходимо для получения заданного уровня девиации, особенно на нижних частотах модулирующего сигнала.

После обратного преобразования в аналоговую форму в ЦАП 18 и ЦАП20 управляющие сигналы на вторых входах БМ 7 и БМ 10 имеют вид

ЦАП18 (О и2 |мд (t}dt - т Un4M (t}dt и ЦАП 20 (О и2 UM (t}dt - т ипчм Wt

И W7 (О t//f/2 + /и ( |ид ( - w |м,/д ( 5М1о(0 sin(yf + т Ufj4M ( (t}dt - , (t)dt

где к- - размерный коэффициент 1/В, kUiU2 U.

С выходов балансных модуляторов БМ 7 и БМ 10 эти сигналы поступают на входы первого СУМ 8. В результате линейного суммирования двух сигналов на выходе СУМ 8 получается

сул/8 (О f/ )) + т f , ( UM (t}dt - т и ( )t + т ( /Мд (t}dt - т (

U )t + т |мд (t}dt U + 9 (t}

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 ИФАПЧ 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. Интегратор также может быть выполнен на операционном усилителе. Сумматор на выходе устройства может быть выполнен пассивным на резисторах.

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

5(

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, 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, управляющий вход управляемого генератора соединен с выходом фильтра нижних частот и входом фильтра верхних частот, выход делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен со вторым входом частотно-фазового детектора, а также источник модулирующего сигнала, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные инвертор, второй сумматор, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, косинусный преобразователь кода, первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом первого балансного модулятора, последовательно соединенные синусный преобразователь кода, второй цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен со вторым входом второго балансного модулятора, при этом вход синусного преобразователя кода объединен со входом косинусного преобразователя кода и соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, выход источника модулирующего сигнала соединен со вторым входом второго сумматора.