RU8182U1 - Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией - Google Patents

Abstract

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления с подключенным к его второму входу блоком установки частоты и импульсно-фазовый модулятор, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора, а также источник модулирующего сигнала, выход которого подключен к модулирующему входу управляемого генератора, второй фазовый детектор, индикатор синхронизма, ключ, инвертирующий усилитель, причем вход индикатора синхронизма соединен с выходом второго фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, второй вход - с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные сумматор и второй фильтр нижних частот, выход которого через разделительный конденсатор соединен со входом инвертирующего усилителя, а также усилитель постоянного тока, выход которого соединен с первым входом сумматора, а вход - с выходом первого фазового детектора, выход второго фазового детектора соединен со вторым входом сумматора, инвертирующий усилитель через ключ соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, управляющий вход ключа соединен с выходом индикатора синхронизма.

Description

ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ.

Нолезная 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 (ИФАНЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи (см. а. с. СССР № 1252909, Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/18, 1984), в котором для формирования частотно-модулированного сигнала в широкой полосе модулирующих частот используется комбинированный двухточечный способ, когда модулирующий сигнал подается на модулирующий вход управляемого генератора (УГ) и одновременно через управляемый аттенюатор, инвертор и интегратор на модулирующий вход импульснофазового модулятора (ИФМ), включенного между ДНКД и фазовым детектором (ФД). При этом происходит компенсация отклонений фазы импульсов на выходе ДПКД из-за модуляции частоты УГ. В результате такой компенсации с выхода ИФМ на вход ФД поступают импульсы уже без фазовой модуляции (как в режиме синхронизма без модуляции) и в управляющем сигнале на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ), включенного на выходе ФД, нет составляющей от реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ.

Однако практически эта компенсация не может быть точной из-за нарушения идентичности каналов модуляции при изменении выходных частот в широком диапазоне и воздействии различных дестабилизирующих факторов, что объясняется следующим.

Во-первых, особенность фазовой модуляции в ЦСЧ состоит в том, что так называемое несзпдее колебание представляет собой в данном случае поток коротких импульсов с большой скважностью (Q«1000 и более). При модуляции в ИФМ коротких импульсов аналоговым сигналом возможна неточность компенсации, что приведет к искажениям модулированного сигнала.

Во-вторых, для точной компенсации необходимо получить ровную (плоскую) результирующую амплитудно-частотную характеристику системы интегратор - ИФМ в широком диапазоне модулирующих частот. Однако, так как АЧХ интегратора линейно-падающая, а ИФМ линейно-возрастающая, то ровную (не зависимую от частоты) АЧХ системы интегратор - ИФМ можно получить только в сравнительно узком диапазоне модулирующих частот.

В-третьих, при модуляции импульсов по фазе перед ФД (независимо на опорном его входе или на входе со стороны ДПКД) цифровой синтезатор частот работает как умножитель девиации частоты

М.КлЛнОЗСЗ/10 Н 03 L 7/18

модулирующего сигнала. Поэтому, несмотря на то, что в известном ЦСЧ с ЧМ модулирующий сигнал ностунает через управляемый аттенюатор, коэффициент передачи которого изменяется унравляющим сигналом от блока установки частоты (БУЧ) одновременно с переключением коэффициента деления N ДП1СД, точность установки коэффициента нередачи управляемого аттенюатора в ряде случаев недостаточна. Отсюда нри смене рабочих частот ЦСЧ и воздействии дестабилизирующих факторов может нар)Ш1иться идентичность каналов модуляции, что нриведет к неточной компенсации реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение по УГ и искажениям выходного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой синтезатор с частотной модуляцией (см. а. с. СССР N° 1707765, Н 03 L 7/16, Н 03 С 3/10, 1989), в котором ИФМ включен во всномогательный контур автоматической стабилизации фазы выходного сигнала, что должно компенсировать реакцию кольца ИФАПЧ на модуляцию частоты УГ.

Однако такая компенсация тоже является не полной и неточной. При воздействии дестабилизирующих факторов возможно изменение нараметров контура автоматической подстройки фазы и это ни чем не регулируется. Здесь разомкнутое управление, которое принято называть автокомпенсацией с регулировкой вперед. Поэтому все, что неточно скомпенсировано, может пройти на выход ФД и далее на управляющий вход УГ и вызвать соответствующие искажения модулированного сигнала ЦСЧ.

Целью предлагаемого технического решения является повышение точности комненсации реакции кольца ИФАПЧ на модулируюшее возмущение УГ.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления с нодлюченным к его второму входу блоком установки частоты и импульсно-фазовый модулятор, выход которого подключен ко второму входу первого фазового детектора, а также источник модулирующего сигнала, выход которого соединен с модулирующим входом управляемого генератора, второй фазовый детектор, индикатор синхронизма, ключ, инвертирующий усилитель, причем вход индикатора синхронизма соединен с выходом второго фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, второй вход - с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, введены последовательно соединенные сумматор и второй фильтр нижних частот, выход которого через разделительный конденсатор соединен со входом инвертирующего усилителя, а также усилитель

постоянного тока, выход которого соединен с первым входом сумматора, при этом вход усилителя постоянного тока соединен с выходом первого фазового детектора, выход второго фазового детектора соединен со вторым входом сумматора, инвертирующий усилитель через ключ соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, управляющий вход ключа соединен с выходом индикатора синхронизма.

Характерным отличием здесь является то, что с помощью введенных новых элементов, объединенных соответствующими связями с остальными узлами устройства, происходит дополнительная компенсация на выходе первого фазового детектора всех оставщихся не докомпенсированными составляющих от реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие по У Г. Из-за действия отрицательной обратной связи здесь отрабатываются все неточности настройки и уходы параметров контура автоматической стабилизации фазы импульсов на выходе ИФМ при воздействии дестабилизирующих факторов, переключении частот, старении элементов и т. д.

Предлагаемое техническое рещение, но мнению заявителя, обладает существенными отличиями, так как при поиске не выявлены аналоги, содержащие нризнаки, сходные с отличительными.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного цифрового синтезатора частот с частотной модуляцией.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией содержит последовательно соединенные опорный генератор ОГ1, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД2, первый ФДЗ, первый ФНЧ4, управляемый генератор УГ5, ДПКД6 с подключенным к его второму входу блоком установки частоты БУЧ7, импульсно-фазовый модулятор ИФМ8, выход которого подключен ко второму входу первого ФДЗ, а также источник модулирующего сигнала ИМС9, выход которого соединен с модулирующим входом УГ5, последовательно соединенные второй ФД10, сумматор СУМП, второй ФНЧ12, разделительный конденсатор 13, инвертирующий усилитель ИНВ14 и ключ Кл15, выход которого соединен с модулирующим входом ИФМ8, индикатор синхронизма ИС16, вход которого соединен с выходом второго ФД10, а выход - с управляющем входом Кл15, усилитель постоянного тока УПТ17, включенный между выходом первого ФДЗ и вторым входом сумматора СУМ11.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.

После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ при подаче модулирующего напряжепия от источника ИМС9 на модулирующий вход УГ5 происходит его частотная модуляция. С выхода УГ5 частотно-модулированный (ЧМ) сигнал поступает на выход синтезатора и на вход ДП1СД6, на выходе которого формируются короткие имнульсы, модулированные по фазе. Эти импульсы поступают на первый

вход ИФМ8 и на второй вход второго ФДЮ. На первый вход второго ФД10 поступают также короткие опорные импульсы с выхода ДФКД2. В результате сравнения этих входных импульсов по фазе па выходе второго ФДЮ формируется управляющее напряжение, которое через сумматор СУМ11, второй ФНЧ12, разделительный конденсатор 13, инвертирующий усилитель ИНВ14 и ключ Кл15, включенный в режиме синхронизма по разрешающему сигналу от индикатора синхронизма ИС16, поступает на модулируюнщй вход ИФМ8 и модулирует его входные импульсы в противофазе так, чтобы на выходе ИФМ получался поток импульсов уже не модулированных. При нравильном выборе уровня и фазы компенсирующего сигнала на входе ИФМ8 реакция кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ5 должна быть скомпенсирована. В этом случае на выходе первого ФДЗ уже не будет сигнала ошибки от модуляции.

При неполной компенсации на выходе первого ФДЗ в управляющем сигнале могут быть составляющие, обусловленные неточностью инвертирования всех частотных составляющих сигнала, технологическим разбросом, старением элементов и изменением параметров элементов контура автокомпенсации из-за воздействия дестабилизирующих факторов. Однако из-за действия отрицательной обратной связи с выхода первого ФДЗ через УПТ17 эти составляющие поступают на второй вход СУМ 11 и вместе с основным компенсируюпщм сигналом с выхода второго ФДЮ, пройдя через ФПЧ12, разделительный конденсатор 13, инвертирующий усилитель ИПВ14 и ключ Кл15, поступают в противофазе на модулирующий вход ИФМ8 и окончательно скомпенсируются.

Полоса пропускания второго ФПЧ12 выбирается такой же, как и первого ФПЧ4. Разделительный конденсатор 13 необходим для того, чтобы не пропустить постоянную составляющую компенсирующего сигнала, иначе прекратится работа основного кольца ИФАПЧ.

Таким образом, на основе ИФМ8 здесь как бы одновременно работает два контура автокомпенсации: с регулировкой вперед как в прототипе и с регулировкой по отклонению (с регулировкой назад) через УПТ17, т. е. получается совместная комбинированная автокомпенсация, позволяющая значительно повысить точность компенсации реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение по УГ при технологическом разбросе, старении элементов, воздействии дестабилизирующих факторов и щирокой полосе модулирующих частот.

В переходном режиме при переключении частот ЦСЧ, когда разность фаз на входах второго ФДЮ превышает заранее установленную величину, от выходного сигнала второго ФДЮ срабатывает индикатор синхронизма ИС16 и на его выходе формируется запрещающий сигнал, который поступает на управляющий вход ключа Кл15, в результате чего ключ Кл15 закрывается. Сразу же вспомогательный контур автокомпенсации размыкается и подстройка частоты УГ5 в кольце ИФАПЧ поисходит обычным путем. Как только наступает синхронизм, ключ Кл15 замыкается

по разрешающему сигналу от ИС16 и в ЦСЧ осуществляется частотная модуляция с полной компенсацией реакции кольца ИФАПЧ на модуляцию УГ5, что уже описано ранее.

Доказательством осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые блоки типовые и могут быть выполнены на щироко известных микросхемах: сумматор и усилитель постоянного тока могут быть выполнены на основе операционных усилителей (нанример, на микросхеме 140УД20А). Таким образом, применение нредлагаемого цифрового синтезатора частот с частотной модуляцией позволяет получить частотно-модулированный сигнал в пшрокой полосе модулирующих частот и с минимальными частотными и нелинейными искажениями.

Claims (1)

1. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления с подключенным к его второму входу блоком установки частоты и импульсно-фазовый модулятор, выход которого подключен к второму входу первого фазового детектора, а также источник модулирующего сигнала, выход которого подключен к модулирующему входу управляемого генератора, второй фазовый детектор, индикатор синхронизма, ключ, инвертирующий усилитель, причем вход индикатора синхронизма соединен с выходом второго фазового детектора, первый вход которого соединен с выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, второй вход - с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные сумматор и второй фильтр нижних частот, выход которого через разделительный конденсатор соединен со входом инвертирующего усилителя, а также усилитель постоянного тока, выход которого соединен с первым входом сумматора, а вход - с выходом первого фазового детектора, выход второго фазового детектора соединен со вторым входом сумматора, инвертирующий усилитель через ключ соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, управляющий вход ключа соединен с выходом индикатора синхронизма.