Синтезатор частот

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах для генерирования сетки стабильных частот. Сущность изобретения состоит в том, что синтезатор частот содержит опорный генератор 1, первый перестраиваемый генератор 2, делитель 3 частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор 4, первый фильтр 5 нижних частот, второй фазовый детектор 7, второй фильтр 8 нижних частот, неинвертирующий сумматор 9, блок 10 установки частот, элемент ИЛИ 11, блок 12 выборки-хранения и формирователь 13 импульсов, что позволяет ослабить частотную модуляцию выходного напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах для генерирования сетки стабильных частот.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является синтезатор частот содержащий два кольца фазовой автоподстройки частоты, опорный генератор, блок управления частотой и формирователь импульсов.

Известное устройство содержит соединенные в кольцо первый перестраиваемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные второй перестраиваемый генератор, второй фазовый детектор, второй фильтр нижних частот и опорный генератор, а также блок установки частот, первый выход которого подключен к установочному входу первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, и формирователь импульсов, при этом выход второго перестраиваемого генератора является выходом синтезатора частот.

Недостатками описанного синтезатора являются недостаточное быстродействие, излишняя сложность электрической схемы и недостаточное подавление паразитной частотной модуляции выходного сигнала.

Рассмотрим работу синтезатора частот, выбранного в качестве прототипа. Второй перестраиваемый генератор (ПГ) настраивается на сумму частот датчика опорных частот (ДОЧ) и датчика крупной сетки частот, образованного последовательно включенными первыми перестраиваемым генератором (ПГ), делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), фазовым детектором (ФД) и фильтром нижних частот (ФНЧ). При этом последовательным перебором частот ДОЧ перекрывается частотный интервал, определяемый шагом сетки датчика крупной сетки частот. Следовательно, частота ДОЧ намного меньше частоты, формируемой первым ПГ, и тем более меньше частоты, формируемой вторым ПГ. Второй ФД сравнивает частоты, поступающие с выхода ДОЧ и с выхода полосового фильтра (ПФ). В режиме синхронизации эти частоты равны. В выходном напряжении второго ФД будут содержаться составляющие частоты ДОЧ и ее гармоник. Если гармоники могут быть подавлены вторым ФНЧ, то основная частота, равная частоте ДОЧ, поступает на управляющий вход второго ПГ и вызывает паразитную частотную модуляцию его сигнала. Ослабить паразитную модуляцию, которая происходит с весьма низкой частоты, путем увеличения постоянной времени второго ФНЧ возможно лишь за счет уменьшения полосы захвата второго кольца фазовой автоподстройки (ФАПЧ), что недопустимо.

Формирователь сигналов грубой установки частоты (ФСГУЧ) представляет собой разновидность преобразователя код-напряжение. Напряжение постоянного тока, формируемое ФСГУЧ, отличается от требуемого значения на величину, определяемую весовым содержанием единицы младшего разряда кода, поступающего на вход ФСГУЧ, а требуется такое напряжение, под действием которого начальная расстройка второго ПГ будет отличаться от частоты синхронизации не более, чем на полосу захвата второго кольца ФАПЧ. Следовательно, в прототипе всегда имеет место большая или меньшая начальная расстройка второго ПГ, что вызывает увеличение времени установления синхронизации, а следовательно, снижает быстродействие синхронизатора.

В прототипе весьма громоздко построена цепь управления частотой. Для перехода с одной частоты на другую под действием кода, поступающего с выходом блока установки частот (БУЧ), необходимо перестроить первый и второй ДПКД, а также ДОЧ. К тому же в цепь выходного кольца ФАПЧ включены ПФ и смеситель (СМ), что снижает надежность устройства из-за ухудшения условий вхождения в синхронизм выходного контура ФАПЧ.

В синтезаторе частот по данному изобретению решается техническая задача ослабление частотной модуляции выходного напряжения.

На фиг.1 показана функциональная схема предлагаемого синтезатора частот; на фиг. 2 эпюры напряжений на выходе функционально законченных узлов синтезатора частот.

Предлагаемый синтезатор частот содержит опорный генератор 1, первый перестраиваемый генератор 2, делитель 3 частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор 4 и первый фильтр 5 нижних частот, второй перестраиваемый генератор 6, второй фазовый детектор 7, второй фильтр 8 нижних частот, неинвертирующий сумматор 9, блок 10 установки частот, элемент ИЛИ 11, блок 12 выборки-хранения и формирователь 13 импульсов. Выход второго перестраиваемого генератора является выходом синтезатора частот.

Предлагаемый синтезатор частот работает следующим образом.

Первый перестраиваемый генератор 2, делитель 3, первый фазовый детектор 4 и первый фильтр 5 образуют первое кольцо автоподстройки частоты. Под действием напряжения оперной частоты, поступающего с выхода опорного генератора 1 (фиг.2а) на второй вход первого фазового детектора 4, первое кольцо автоподстройки частоты, выходом которого является выход первого перестраиваемого генератора 2, генерирует напряжение, частота которого в N раз больше опорной частоты, где N коэффициент деления делителя 3. Значение N устанавливается с помощью n-разрядного цифрового кода, поступающего с первого выхода блока 10 установки частот на установочные входы делителя 3. На входе первого фазового детектора 4 образуется последовательность импульсов прямоугольной формы положительной полярности (фиг.2б). Период повторения этих импульсов равен периоду опорной частоты. Постоянная составляющая U= последовательности импульсов, возникающая на входе первого фильтра 5 нижних частот (фиг.2в), является управляющим напряжением для первого перестраиваемого генератора 2. Наряду с постоянной составляющей на входе первого фильтра 5 возникает переменная составляющая U, вызывающая паразитную частотную модуляцию входного напряжения первого перестраиваемого генератора 2.

При смене кода, поступающего с первого выхода блока 10 установки частот, одновременно со второго выхода этого блока через элемент ИЛИ 11 на управляющий вход блока 12 поступает одиночный импульс, под действием которого в блоке 12 происходит запоминание мгновенного значения уровня напряжения на выходе первого фильтра 5 нижних частот. По окончании действия этого импульса блок 12 выборки-хранения переходит в режим хранения информации.

Так как смена кода в блоке 10 установки частот может происходить достаточно редко, а постоянная времени блока 12 выборки-хранения имеет большое, но все же конечное значение, то напряжение на выходе блока 12 в промежутках времени между сменами кода уменьшается. Это явление в значительной степени устраняется с помощью формирователя 13 импульсов, который генерирует дополнительный одиночный импульс по заднему фронту напряжения на выходе первого фазового детектора 4 (фиг.2г). Под действием этого импульса, поступающего на второй вход элемента ИЛИ 11 и далее на управляющий вход блока 12, последний запоминает напряжение, соответствующее максимальному значению напряжения на выходе первого фильтра 5. По существу происходит периодическая с опoрной частотой подпитка элементов памяти блока 12 выборки-хранения. Эта подпитка обеспечивает постоянство напряжения на выходе блока 12 выборки-хранения независимо от того, с какой частотой происходит смена кода в блоке 10 установки частот.

Как уже отмечалось, напряжение на выходе первого перестраиваемого генератора 2 подвержено значительной паразитной частотной модуляции (фиг.2д). При этом изменяется мгновенное значение частоты первого перестраиваемого генератора 2, а среднее значение по-прежнему в N раз превышает опорную частоту. Эта модуляция в значительной степени подавляется во втором кольце автоподстройки частоты, образованном вторым перестраиваемым генератором 6, вторым фазовым детектором 7, вторым фильтром 8 и неинвертирующим сумматором 9, и выполняющим функцию узкополосного автоматически перестраиваемого полосового фильтра, настроенного на частоту выходного напряжения синтезатора.

Напряжение с выхода блока 12 почти без потерь через неинвертирующий сумматор 9 поступает на управляющий вход второго перестраиваемого генератора 6. Это напряжение практически не содержит в себе переменной составляющей с частотой опорного генератора 1, как это имеет место в первом кольце автоподстройки. Это обусловлено, как уже отмечалось выше, периодической подпиткой элементов памяти блока 12. При отключенном втором фильтре 8 нижних частот под действием напряжения, поступающего на управляющий вход второго перестраиваемого генератора 6, последний наращивает частоту колебаний от частоты собственных колебаний, соответствующих отсутствию управляющего напряжения, до частоты достаточно близкой к частоте первого перестраиваемого генератора 2. При замыкании второго кольца автоподстройки в последнем наступает переходный процесс вхождения в синхронизм второго перестраиваемого генератора 6. Второй фазовый детектор 7 сравнивает частоты сигналов, поступивших с выходов обоих генераторов. На выходе второго фазового детектора 7 возникает последовательность импульсов положительной полярности, период повторения которых равен периоду синтезируемой частоты (фиг.2е). При этом имеет место незначительное изменение скважности импульсов из-за того, что напряжение, поступающее на второй вход второго фазового детектора 7, подвержено значительной паразитной частотной модуляции. Однако в силу селектирующих свойств второго фазового детектора 7 и второго фильтра 8 вредное влияние частотной модуляции будет сильно ослаблено. В относительных единицах это ослабление примерно равно установленному значению коэффициента деления N. На выходе второго фильтра 8 возникает напряжение, у которого переменная составляющая ничтожно мала по сравнению с постоянной составляющей (фиг.2ж). Это напряжение поступает на второй вход неинвертирующего сумматора 9, где суммируется с постоянным напряжением, поступающим на первый вход того же неинвертирующего сумматора 9. Под действием напряжения, поступающего с выхода неинвертирующего сумматора 9 на управляющий вход второго перестраиваемого генератора 6, во втором кольце автоподстройки наступает синхронизация.

Как уже отмечалось, начальная расстройка второго перестраиваемого генератора 6 ничтожно мала и может быть установлена путем изменения коэффициента передачи неинвертируюшего сумматора 9 с достаточной точностью. Это обстоятельство позволяет сузить полосу захвата второго кольца автоподстройки путем изменения постоянной времени второго фильтра 8 нижних частот. Уменьшение полосы захвата повышает селектирующие свойства второго кольца автоподстройки, что обеспечивает использование второго кольца автоподстройки в режиме узкополосного следящего фильтра. По этой причине напряжение на выходе второго перестраиваемого генератора имеет вид меандра с сильно подавленной паразитной частотной модуляцией (фиг. 2г).

Формула изобретения

Синтезатор частот, содержащий соединенные в кольцо первый перестраиваемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, последовательно соединенные второй перестраиваемый генератор, второй фазовый детектор и второй фильтр нижних частот, опорный генератор, а также блок установки частот, первый выход которого подключен к установочному входу первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, и формирователь импульсов, при этом выход второго перестраиваемого генератора является выходом синтезатора частот, отличающийся тем, что введены элемент ИЛИ, блок выборки-хранения и неинвертирующий сумматор, первый вход которого подключен к выходу блока выборки-хранения, при этом второй выход блока установки частот соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом первого фазового детектора, вход блока выборки-хранения соединен с выходом первого фильтра нижних частот, выход элемента ИЛИ подсоединен к управляющему входу блока выборки-хранения, управляющий вход второго перестраиваемого генератора соединен с выходом неинвертирующего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго фильтра нижних частот, второй вход второго фазового детектора соединен с выходом первого перестраиваемого генератора, а выход опорного генератора подключен непосредственно к второму входу первого фазового детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2