RU29813U1 - Frequency Modulated Digital Synthesizer - Google Patents

Description

ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙDIGITAL FREQUENCY SYNTHESIS WITH FREQUENCY MODULATION

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве возбудителя передатчика с частотной модуляцией и гетеродина приемника без подачи модулирующего сигнала.The utility model relates to radio engineering and can be used as the exciter of a transmitter with frequency modulation and a local oscillator of the receiver without supplying a modulating signal.

Известен цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией, построенный на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи, в котором для получения модулированного по частоте сигнала на выходе синтезатора используется способ введения модулирующего сигнала через интегратор на вход фазового модулятора (ФМ), включенного в опорном канале между делителем частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) и импульсно-фазовым детектором (ИФД) (см. Д.Н. Шапиро, А.А. Паин Основы теории синтеза частот, 1981, стр. 227). Достоинством такого способа введения модуляции является возможность прохождения весьма низких модулирующих частот.Known digital frequency synthesizer (DSC) with frequency modulation, built on the basis of a pulse-phase-locked loop (IFAP) with a frequency divider with a variable division ratio (DPDC) in the feedback circuit, in which to obtain a frequency-modulated signal at the output of the synthesizer The method of introducing a modulating signal through an integrator to the input of a phase modulator (FM) included in the reference channel between a frequency divider with a fixed division coefficient (DPCD) and a pulse-phase detector (IFD) (see D.N. Shapiro, A.A. Pain, Fundamentals of the Theory of Frequency Synthesis, 1981, p. 227). The advantage of this method of introducing modulation is the ability to pass very low modulating frequencies.

Недостаток этого ЦСЧ заключается в ограничении полосы модуляции сверху величины частоты среза в кольце ИФАПЧ, обусловленной в основном фильтром нижних частот (ФНЧ) на выходе фазового детектора (ФД). Причем частота среза этого ФПЧ зависит от частоты сравнения FCP на опорном входе ФД (или частотно-фазового детектора ЧФД) - чем ниже частота сравнения FCP, тем ниже требуется частота среза для получения требуемого подавления помехи с частотой сравнения в выходном сигнале. При этом частота сравнения FCP определяется заданным шагом сетки частот ЕШ, а именно Поэтому при мелком шаге сетки частот происходит значительное ограничение сверху диапазона модулирующих частот в выходном сигнале синтезатора.The disadvantage of this DSP is to limit the modulation band from above to the cutoff frequency in the IFAP ring, mainly due to the low-pass filter (LPF) at the output of the phase detector (PD). Moreover, the cutoff frequency of this PLL depends on the frequency of comparison of the FCP at the reference input of the PD (or the frequency-phase detector of the PSF) - the lower the frequency of comparison of the FCP, the lower the cutoff frequency to obtain the required interference suppression with the comparison frequency in the output signal. In this case, the comparison frequency FCP is determined by a given step of the frequency grid ES, namely, therefore, with a small step of the frequency grid, there is a significant limitation from above the range of modulating frequencies in the output signal of the synthesizer.

Кроме того, используемые в настоящее время для ЧМЦСЧ интегральные микросхемы имеют объединенные в один блок ДФКД, ИФД, ДПКД, что делает невозможным включение между ними ФМ.In addition, the integrated circuits currently used for ChMCCS have integrated DFKD, IFD, DPKD in one unit, which makes it impossible to include FM between them.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с частотной модуляцией (ЧМ), в котором модулирующий сигнал поступает на второй (модулирующий) вход управляемого генератора (УГ) (см. патент США 24110707, П 03 С 3/10, 1978). В таком синтезаторе можно получить на выходе модулированный сигнал с практически неограниченной сверху полосой модулирующих частот. Недостаток его состоит в ограничении снизу полосы модулирующих частот из-за действия обратной связи в системе ИФАПЧ. Модуляция по второму входу УГ воспринимается кольцом ИФАПЧ как внешнее возмущение, которое по цепи обратной связи отрабатывается в сторону его уменьшения. Это уменьшение происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой фильтром нижних частот (ФНЧ), т.е. на нижних частотах. Поэтому для расширения полосы модуляции в область нижних частот необходимо сужать полосу пропускания ФНЧ и делать его более инерционным, что приводит к снижению быстродействия.The closest in technical essence to the proposed one is a DSC with frequency modulation (FM), in which the modulating signal is fed to the second (modulating) input of a controlled generator (UG) (see US patent 24110707, P 03 C 3/10, 1978). In such a synthesizer, a modulated signal with an almost unlimited bandwidth of modulating frequencies can be obtained from the output. Its disadvantage is the lower limitation of the band of modulating frequencies due to the feedback in the IFAH system. Modulation at the second input of the UH is perceived by the IFAPH ring as an external disturbance, which is worked out in the feedback circuit in the direction of its decrease. This decrease occurs in the passband of the IFAPH ring determined by the low-pass filter (low-pass filter), i.e. at low frequencies. Therefore, to expand the modulation band into the low-frequency region, it is necessary to narrow the passband of the low-pass filter and make it more inertial, which leads to a decrease in speed.

Целью предлагаемого технического решения является получение равномерной АЧМХ в широкой полосе модулируюш,их частот при перестройке несущей частоты в широком диапазоне.The aim of the proposed technical solution is to obtain a uniform frequency response in a wide band modulating their frequencies during the tuning of the carrier frequency in a wide range.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, импульснофазовый детектор и фильтр нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом импульснофазового детектора, опорный кварцевый генератор и источник модулирующего сигнала, выход которого соединен с модулирующим входом управляемого генератора, введены последовательно соединенные усилитель постоянного тока, инвертор, ключ и фазовый модулятор, выход которого соединен с входом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, индикатор синхронизма, выход которого соединен с управляющим ходом ключа, а вход - с выходом импульсно-фазового детектора, и делитель частоты, вход которого соединен с выходом опорного кварцевого генератора, а выход - со вторым входом фазового модулятора. При этом вход усилителя постоянного тока соединен с выходом фильтра нижних частот.This goal is achieved by the fact that in a digital frequency synthesizer with frequency modulation, containing a controlled oscillator connected in a ring, a frequency divider with a variable division ratio, a pulse-phase detector and a low-pass filter, the output of which is connected to the control input of a controlled generator, a frequency divider with a fixed division ratio the output of which is connected to the second input of the pulse-phase detector, a reference crystal oscillator and a modulating signal source, the output of which is connected to a dimming input of a controlled generator, a series-connected DC amplifier, an inverter, a key and a phase modulator are introduced, the output of which is connected to the input of a frequency divider with a fixed division coefficient, a synchronism indicator, the output of which is connected to the control course of the key, and the input - with the output of the pulse-phase detector, and a frequency divider, the input of which is connected to the output of the reference crystal oscillator, and the output to the second input of the phase modulator. The input of the DC amplifier is connected to the output of the low-pass filter.

Существенным отличием предложенного технического рещения является то, что с помощью введенных новых элементов, объединенных соответствующими связями с остальными узлами схемы, происходит частотная модуляция выходного сигнала ЦСЧ с расщирением диапазона модулирующих частот в область нижних частот за счет автокомпенсации реакции кольца ИФАПЧ в области нижних частот. При этом получается ровная АЧМХ в широком диапазоне модулирующих частот.A significant difference of the proposed technical solution is that with the help of the introduced new elements, combined by corresponding links with the other nodes of the circuit, a frequency modulation of the output signal of the CSC takes place with a widening of the range of modulating frequencies in the low frequency region due to the auto-compensation of the response of the IFAH ring in the low frequency region. This results in a smooth frequency response in a wide range of modulating frequencies.

Кроме того, в отличие от устройства прототипа, применение которого из-за массового выпуска интегральных микросхем, содержащих в одном блоке ДФКД, ИФД, ДПКД, практически не позволяет получить щирокую полосу модуляции при сохранении достаточно высокого быстродействия, предложенный ЦСЧ с ЧМ может быть использован с любыми интегральными микросхемами ЦСЧ.In addition, unlike the prototype device, the use of which due to the mass production of integrated circuits containing DFKD, IFD, DPKD in one unit, practically does not allow to obtain a wide modulation band while maintaining a sufficiently high speed, the proposed DSS with FM can be used with any integrated circuits CSC.

На фиг. 1 представлена блок-схема ЦСЧ с ЧМ.In FIG. 1 shows a block diagram of a DSC with FM.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией содержит соединенные в кольцо УГ1, Д11КД2, ИФДЗ и ФНЧ4, выход которого соединен с управляющим входом УГ1, последовательно соединенные усилитель постоянного тока (УПТ)5, инвертор (ИНВ)6, ключ (Кл)7, ФМ8, и ДФКД9, выход которого соединен со вторым входом ИФДЗ, последовательно соединенные опорный кварцевый генератор (ОКГ)10 и делитель частоты (ДЧ)11, выход которого соединен со вторым входом ФМ8, индикатор синхронизма (ИС)12, выход которого соединен с управляющим входом ключа Кл7, а вход - с выходом ИФДЗ, источник модулирующего сигнала (ИМС)13, выход которого соединен с модулирующим входом УГ1.A digital frequency synthesizer with frequency modulation contains connected in a ring UG1, D11KD2, IFDZ and LPF4, the output of which is connected to the control input UG1, serially connected DC amplifier (UPT) 5, inverter (INV) 6, key (C) 7, FM8, and DFKD9, the output of which is connected to the second input of the IFDZ, series-connected reference crystal oscillator (OKG) 10 and a frequency divider (DC) 11, the output of which is connected to the second input of FM8, a synchronism indicator (IC) 12, the output of which is connected to the control input of the key Kl7, and the entrance - with the output of IFDZ, nick modulating signal (IC) 13, whose output is connected to a modulating input UG1.

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.A digital frequency synthesizer with frequency modulation operates as follows.

лирующее воздействие УГ1 по его модулирующему входу. При этом импульсы на выходе ДПКД2 будут промодулированы по фазе в соответствии с модуляцией УГ1 информационным сигналом от ИМС13, С выхода ДПКД2 модулированные по фазе короткие импульсы поступают на первый вход ИФДЗ, где сравниваются с короткими опорными импульсами с выхода ДПКД9. В результате сравнения этих импульсов по частоте и фазе на выходе ИФДЗ вырабатывается управляющее напряжение, которое через ФНЧ4 поступает на управляющий вход УГ1 и одновременно через УПТ5, PfflB6, и Ют на модулирующий вход ФМ8, который сдвигает по фазе сигнал с ДЧП так, чтобы на выходе ДФКД9 сформировались короткие опорные импульсы, сдвинутые по фазе так же, как и модулированные импульсы с выхода ДПКД2. В результате сравнения одинаково промодулированных по фазе импульсов на выходе ИФДЗ уже нет сигнала ошибки от модуляции и, следовательно, нет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие УГ1. Для расширения полосы модуляции в область нижних частот и уменьшения искажений опорный сигнал с выхода ОКГ10 поступает на опорный вход ФМ8 через делитель частоты ДЧ11 с коэффициентом деления п. В этом случае на выходе ФМ8 формируется модулированный опорный сигнал с индексом модуляции в п раз меньшим, чем если бы ФМ8 был сразу после ОКГ10.the controlling effect of UG1 at its modulating input. In this case, the pulses at the output of DPKD2 will be phase-modulated in accordance with the modulation of UG1 by an information signal from IMS13, From the output of DPKD2, the phase-modulated short pulses are fed to the first input of the IFDZ, where they are compared with short reference pulses from the output of DPKD9. As a result of comparing these pulses in frequency and phase, the control voltage is generated at the IFDZ output, which is supplied through the low-pass filter 4 to the control input UG1 and simultaneously through UPT5, PfflB6, and UT to the modulating input FM8, which shifts the phase signal from the PDP so that the output DKKD9 formed short reference pulses, shifted in phase in the same way as the modulated pulses from the output DPKD2. As a result of the comparison of equally phase-modulated pulses, the IPDZ output no longer has a modulation error signal and, therefore, there is no reaction of the IFAPC ring to the modulating effect of UG1. To expand the modulation band to the low-frequency region and reduce distortion, the reference signal from the output of OKG10 is supplied to the reference input FM8 through a frequency divider DCH11 with a division factor p. In this case, a modulated reference signal is generated at the output of FM8 with a modulation index n times smaller than if would FM8 be immediately after OKG10.

В предложенном ЦСЧ происходит полная автоматическая компенсация искажений модулированного сигнала, так как здесь отсутствуют причины, приводящие к искажениям в аналогичных устройствах.In the proposed CSC, there is a complete automatic compensation for distortions of the modulated signal, since there are no reasons leading to distortions in similar devices.

1.Здесь нет интегратора в опорном канале, что уменьшает возможность искажений АЧШС синтезатора.1. There is no integrator in the reference channel, which reduces the possibility of distortion of the ASF synthesizer.

2.Здесь значительно расширяется диапазон модулирующих частот из-за введения ДЧП, что позволяет применить предложенное устройство с интегральными микросхемами ЦСЧ.2.Here, the range of modulating frequencies is significantly expanded due to the introduction of DF, which makes it possible to use the proposed device with integrated circuits of the DSC.

В переходном режиме при переключении частот синтезатора, когда разность фаз на входах ИФДЗ превышает заранее установленную максимальную величину, от выходного сигнала ИФДЗ срабатывает индикатор синхронизма ИС12 и на его выходе формируется запрещающий сигнал, который поступает на управляющий вход ключа Кл7. В результате этого Кл7 закрывается и в кольце ИФАПЧ проходит обычная подстройка частоты синтезатора. При этом быстродействие определяется только ФНЧ4, который выбирается независимо от полосы модулирующих частот.In the transition mode, when switching the synthesizer frequencies, when the phase difference at the IFDZ inputs exceeds a predetermined maximum value, the IS12 synchronism indicator is activated from the IFDZ output signal and a inhibit signal is generated at its output, which is fed to the control input of the Kl7 key. As a result of this, Cl7 closes and the usual tuning of the synthesizer frequency takes place in the IFAPCH ring. In this case, the performance is determined only by the low-pass filter, which is selected independently of the modulating frequency band.

Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые блоки типовые. В качестве УПТ и инвертора используются операционные усилители. Фазовый модулятор может быт выполнен на основе компаратора, а делитель частоты - на основе синхронизированного генератора на туннельном диоде. Ключ может быть выполнен на основе микросхемы 564КТЗ. Индикатор синхронизма представляет собой амплитудный детектор с заранее установленным порогом срабатыванияProof of the feasibility of the proposed device is that the input blocks are typical. Operational amplifiers are used as UPT and inverter. The phase modulator can be based on a comparator, and the frequency divider based on a synchronized generator on a tunnel diode. The key can be made on the basis of the 564KTZ chip. The synchronism indicator is an amplitude detector with a pre-set threshold

Таким образом, применение предлагаемого ЦСЧ с ЧМ позволяет рещить задачу полной автоматической компенсации частотных искажений ЧМ сигнала ЦСЧ в широкой полосе модулирующих частот.Thus, the application of the proposed DSS with FM allows solving the problem of full automatic compensation of frequency distortions of the FM signal of the DSC in a wide band of modulating frequencies.

Заявителю не известны решения со сходными признаками и аналогичными свойствами. Поэтому можно считать, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.The applicant is not aware of solutions with similar features and similar properties. Therefore, we can assume that the proposed technical solution has significant differences.

Claims (1)

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, импульсно-фазовый детектор и фильтр нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом управляемого генератора, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом импульсно-фазового детектора, опорный кварцевый генератор и источник модулирующего сигнала, выход которого соединен с модулирующим входом управляемого генератора, отличающийся тем, что, с целью получения равномерной АЧМХ в широкой полосе модулирующих частот при перестройке несущей частоты в широком диапазоне, в него введены последовательно соединенные усилитель постоянного тока, инвертор, ключ и фазовый модулятор, выход которого соединен со входом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, индикатор синхронизма, выход которого соединен с управляющим входом ключа, а вход - с выходом импульсно-фазового детектора, и делитель частоты, вход которого соединен с выходом опорного кварцевого генератора, а выход - со вторым входом фазового модулятора, при этом вход усилителя постоянного тока соединен с выходом фильтра нижних частот.A digital frequency synthesizer with frequency modulation, containing a controlled oscillator connected in a ring, a frequency divider with a variable division ratio, a pulse-phase detector and a low-pass filter, the output of which is connected to the control input of a controlled generator, a frequency divider with a fixed division ratio, the output of which is connected to the second input of the pulse-phase detector, a reference crystal oscillator and a modulating signal source, the output of which is connected to the modulating input of a controlled oscillator ora, characterized in that, in order to obtain a uniform frequency response in a wide band of modulating frequencies when tuning the carrier frequency in a wide range, a series-connected DC amplifier, an inverter, a key and a phase modulator are introduced into it, the output of which is connected to the input of the frequency divider with a fixed the division coefficient, a synchronism indicator, the output of which is connected to the control input of the key, and the input is the output of the pulse-phase detector, and a frequency divider, the input of which is connected to the output of the reference quartz of the generator, and the output - with the second input of the phase modulator, while the input of the DC amplifier is connected to the output of the low-pass filter.