RU10022U1 - Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией - Google Patents

Abstract

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый частотно-фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого частотно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, интегратор и управляемый аттенюатор, а также устройство установки выходной частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющим входом управляемого аттенюатора, при этом модулирующий вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные второй частотно-фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, первый сумматор и второй сумматор, выход которого соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, при этом вторые входы первого и второго сумматоров соединены с выходом управляемого аттенюатора, первый вход второго частотно-фазового детектора соединен с выходом импульсно-фазового модулятора, а второй вход - с выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления.

Description

ЦИФЮВОЙСИШЕЗЛТОРЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ.

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве возбудителя передатчика с частотной модуляцией.

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 сигнал подается на второй (модулирующий) вход управляемого генератора (см. патент США №4110707, Н 03 С 3/10, 1978). В таком ЦСЧ можно получить на выходе частотно-модулированный сигнал с практически неограниченной сверху по частоте полосой модуляции. Недостаток его состоит в ограничении снизу диапазона модулирующих частот из-за действия обратной связи в кольце ИФАНЧ.

Модуляция управляемого генератора (УГ) по его модулирующему входу воспринимается кольцом ИФАПЧ как внещнее возмущение, которое по цепи отрицательной обратной связи отрабатывается в сторону его гменьщения. Эта реакция на модулирующее возмущение происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой фильтром нижних частот (ФНЧ). Для расщирения диапазона прохождения модулрфуюпщх частот в сторону низких частот необходимо сужать полосу пропускания кольца ИФАПЧ. Для этого нужно выбирать ФНЧ на выходе импульсно-фазового детектора более инерционным, что приводит к снижению быстродействия ЦСЧ с ЧМ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является «Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией по а.с. СССР N 919040, Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/16, опублик. 07.04.1982г., принятый за прототип. В этом синтезаторе для формирования частотно-модулированного сигнала в щирокой полосе модулирующих частот используется двухточечный способ, когда модулирующий сигнал поступает на модулир ющий вход УГ и одновременно через интегратор и управляемый аттенюатор на модулирующий вход импульснофазового модулятора, включенного в опорном канале между эталонным генератором (обычно представляюпщм собой последовательно соединенные опорный генератор ОГ и делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД) и импульсно-фазовым детектором.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства-прототипа, где обозначено:

1- эталонный генератор,

2- импульсно-фазовый детектор (ИФД),

3- фильтр нижних частот (ФНЧ),

4- управляемый генератор (УГ),

5- делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПККД),

6- источник модулирующего сигнала (ИМС),

Мют. -НОЗСЗ/Ю Н 03 L 7/18

10 - фазовый модулятор (ФМ).

В устройстве-прототипе второй интегратор 11, включенный после фазового детектора 2, необходим для того, чтобы разность фаз двух сравниваемых потоков импульсов на входах фазового детектора 2 (точнее, импульснофазового детектора) в режиме синхронизма без модуляции была близка к нулю. Иначе могут возникнуть болыпие искажения при модуляции. Но эту же функцию поддержания фаз двух сравниваемых потоков импульсов близкой к нулю с гораздо лучшим эффектом выполняет сейчас частотно-фазовый детектор (ЧФД), который является разновидностью импульсно-фазовых детекторов и в настоящее время в основном применяется в составе микросхемы цифрового синтезатора частот.

При двухточечной модуляции по этому способу с помощью импульснофазового модулятора (ИФМ) импульсы на опорном входе ЧФД должны быть промодулированы по фазе так же, как импульсы после ДТЖД, то есть синфазно. Тогда на выходе ЧФД не будет импульсного сигнала ошибки от модуляции и, следовательно, не будет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение. При этом имеется принципиальная возможность пропустить в ЦСЧ модулирующий сигнал в широкой полосе частот без искажений и с сохранением такого же быстродействия, как в ЦСЧ без модуляции, поскольку выбор ФПЧ теперь уже практически не зависит от условия прохождения заданной полосы модулирующих частот.

Однако введение второй точки модуляции на основе импульснофазового модулятора в опорном канале приводит к ухудшению кратковременной стабильности частоты несущего колебания ЧМФСЧ, что связано с влиянием дестабилизирующих факторов на ИФМ (помех от наводок, изменение характеристик при воздействии температурных перепадов и т.д.). В результате увеличивается фазовая нестабильность импульсов на выходе ИФМ, что приводит к паразитной частотной модуляцЕш выходного сигнала ЦСЧ и возникают нелинейные искажения модулированного сигнала.

Устранение указанных недостатков достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый частотно-фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и ИФМ, выход которого соединен со вторым входом первого ЧФД, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, генератор и управляемый аттенюатор, а так же устройство установки выходной частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющим входом управляемого аттенюатора. При этом модулирующий вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала, введены последовательно соединенные второй частотно-фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, первый сумматор и второй сумматор, выход которого соединен с модулируюш 1м входом импульсно-фазового модулятора, вторые входы первого и второго сумматоров соединены с выходом управляемого аттенюатора, первый вход второго частотно-фазового детектора соединен с выходом импульснофазового модулятора, а второй вход - с выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления.

Существенным отличием предложенного ЦСЧ с 41VI является то, что с помощью введенных новых узлов, объединенных соответствующими связями с остальными элементами схемы синтезатора, осуществляется автоматическая компенсация влияния дестабилизирующих факторов на импульсно-фазовый модулятор (ИФМ). При этом повышается кратковременная стабильность несущего колебания ЦСЧ (снижается уровень паразитной частотной модуляции) и уменьшаются нелинейные искажения модулированного сигнала.

Характерно, что здесь по цепи отрицательной обратной связи отрабатываются (уменьшаются) фазовые набеги и флуктуации фазы импульсов на выходе ИФМ, вызванные воздействием помех от наводок сети, мощных оконечных каскадов передатчика, а также из-за изменений модуляционных характеристик ИФМ и интегратора при изменении температуры окружающей среды, старении элементов и т.д. Предлагаемое техническое решение, по мнению заявителя, обладает существенными отличиями, так как при поиске не выявлены аналоги, содержащие признаки, сходные с отличительными.

На фиг.2 приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией содержит соединенные в кольцо управляемый генератор УГ1, ДГ1КД2, первый частотнофазовый детектор ЧФД 3 и первый ФНЧ4, последовательно соединенные опорный генератор ОГ5, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД6 и ИФМ7, выход которого соединен со вторым входом первого ЧФДЗ, последовательно соединенные источник мод лирующего сигнала ИМС8, интегратор ИНТ9 и управляемый аттенюатор УА10. а также устройство установки выходной частоты УУЧП, вьосод которого соединен с установочным входом ДПКД2 и управляющим входом УА10, причем модулирующий вход УГ1 соединен с выходом ИМС8. последовате. соединенные второй ЧФД 12, второй ФПЧПЗ, первый сумматор СУМ14 и второй сумматор CYlvnS, выход которого соединен с модулирующим входом ИФМ7. При этом вторые входы первого СУМ14 и второго СУМ15 соединены с вьгсодом УА10, первый вход второго ЧФД 12 соединен с выходом ДФКД6, а второй вход - с выходом ИФМ7.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.

После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ при подаче модулирующего напряжения от ИМС8 на модулирующий вход УГ1 происходит его частотная модуляция. При этом с выхода ДПКД2 импульсы, промодулированные по фазе в соответствии с модулирующим сигналом, поступают на первый вход ЧФДЗ. Для компенсации этой реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ1 модулирующий сигнал от ИМСЗ одновременно подается через интегратор ИПТ9 и УА10 на вторые входы первого сумматора СУМ14 и второго СУМ15, а с выхода поступает на модулирующий вход ИФМ7, в котором происходит модуляция опорных импульсов с выхода ДФКД6 по фазе так же, как промоделированы импульсы выхода ДПКД2. В результате сравнения одинаково промодулированных по фазе входных импульсов первого ЧФДЗ на его вьгсоде не должен формироваться сигнал ошибки от модуляции и, следовательно, исключалась бы реакция кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ1.

Однако из-за воздействия дестабилизирующих факторов в виде различных наводок на ИФМ7, а также влияния изменения температуры на характеристики ИФМ7 происходит ухудщение кратковременной стабильности на выходе ЦСЧ (т.е. увеличивается паразитная частотная модуляция U4M выходного сигнала) и увеличиваются нелинейные искажения модулированного сигнала. Иначе говоря, на выходе ИФМ7 кроме полезной модуляции опорных импульсов по фазе фм информационным сигналом присутствует паразитная фазовая модуляция фе из-за воздействия дестабшшзируюпщх факторов.

Импульсы с вькода ИФМ7 с суммарной фазовой модуляцией (фм + фе) поступает на первый вход второго ЧФД12, на второй вход которого поступают не модулированные опорные импульсы с выхода ДФКД6. При этом на выходе второго ЧФД12 образуется сигнал ощибки и на вьгходе второго ФНЧ13 формируется напряжение, соответствующее фазовой ошибке (- фм - ФЕ), которое поступает на первый вход первого СУМ14. На второй вход первого СУМ 14 поступает с выхода УА10 модулир тощее напряжение, пропорциональное фм. В результате линейного сложения этих сигналов на выходе первого СУМ 14 образуется только сигнал, соответств топдай (- фе ), так как - фм - ФЕ + Фм - фк- С выхода первого СУМ 14 это напряжение ощибюи, соответствующее - (рс поступает на первый вход второго СУМ15, на второй вход которого с выхода УА10 поступает модулирующий сигнал, изменяющ;ийся по законл- фм. В результате алгебраического сложения этих сигналов на выходе второго СУМ15 формируется управляющее напряжение, изменяющееся по закону (фм - ф), которое поступает на модулирующий вход ИФМ7, т.е. поступает модулирующий сигнал с предискажением. Это предискажение в соответствии с - фе полностью компенсирует то искажение модуляции фазы опорных импульсов, которое получается из-за воздействия дестабилизирующих факторов, т.е. фм - Фе + Фг. ФмТаким образом, на выходе ИФМ7 опорные импульсы промодулированы в полном соответствии с исходным модулирующим сигналом и не будет паразитных фазовых флуктуации, которые влияют на ухудщенме кратковременной стабильности выходного сигнала ЦСЧ и на искажения модулированного сигнала.

Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые узлы типовые и могут быть выполнены на щироко известных микросхемах: сумматоры могут быть выполнены на основе операционных усилителей (например, на микросхеме 140УД20).

Таким образом, применение предлагаемого цифрового синггезатора частот с частотной модуляцией позволяет ослабить влияние дестабилизирующих факторов ИФМ на кратковременную стабильность несущего колебания ЛЦСЧ и уменьщить искажения модулированного сигнала.

Claims (1)

1. Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый частотно-фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого частотно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, интегратор и управляемый аттенюатор, а также устройство установки выходной частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющим входом управляемого аттенюатора, при этом модулирующий вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные второй частотно-фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, первый сумматор и второй сумматор, выход которого соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, при этом вторые входы первого и второго сумматоров соединены с выходом управляемого аттенюатора, первый вход второго частотно-фазового детектора соединен с выходом импульсно-фазового модулятора, а второй вход - с выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления.