RU30043U1 - Frequency Modulated Digital Synthesizer - Google Patents

Abstract

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, первый делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый частотно-фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, первый управляемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления и фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого частотно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с модулирующим входом первого управляемого генератора, последовательно соединенные инвертор и интегратор, выход которого соединен с модулирующим входом фазового модулятора, а также первый блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные второй управляемый генератор, второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления, второй частотно-фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого генератора, а также второй делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом второго частотно-фазового детектора, а вход - с выходом первого управляемого генератора, при этом второй блок установки частоты соединен с управляющим входом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и через цифроаналоговый преобразователь - с управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, в�A frequency-modulated digital frequency synthesizer comprising a reference oscillator connected in series, a first frequency divider with a fixed division ratio, a first frequency-phase detector, a first low-pass filter, a first controllable generator, a first variable frequency divider, and a phase modulator whose output is connected with a second input of the first frequency-phase detector, a modulating signal source and an adjustable gain amplifier connected in series to the stroke of which is connected to the modulating input of the first controlled generator, an inverter and an integrator connected in series, the output of which is connected to the modulating input of the phase modulator, as well as the first frequency setting unit, the output of which is connected to the installation input of the first frequency divider with a variable division coefficient, characterized in that a second controlled oscillator, a second frequency divider with a variable division coefficient, a second frequency-phase detector, and a second filter are introduced in series p low frequencies, the output of which is connected to the control input of the second controlled oscillator, as well as a second frequency divider with a fixed division ratio, the output of which is connected to the second input of the second frequency-phase detector, and the input - with the output of the first controlled generator, while the second installation unit frequency is connected to the control input of the second frequency divider with a variable division coefficient and through a digital-to-analog converter, to the control input of an amplifier with an adjustable gain, in

Description

1л,.п:..«.,...:1цр.,.Н1.,..1шН 03 с 3/10 Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией.1l, .p: .. "., ...: 1tsr.,. Н1., .. 1шН 03 s 3/10 Digital frequency synthesizer 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 (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 (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 величиной частоты среза в кольце ИФАПЧ, обусловленной в основном фильтром нижних частот (ФНЧ) на выходе фазового детектора (ФД). Причем частота среза этого ФНЧ зависит от частоты сравнения Fgp на опорном входе ФД (или частотно-фазового детектора ЧФД) - чем ниже частота сравнения Fcp, тем ниже требуется частота среза для требуемого подавления помехи с частотой сравнения в выходном сигнале. При этом частота сравнения Fcp определяется заданным шагом сетки частот Fш, а именно Fcp ш- 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, which is mainly due to the low-pass filter (LPF) at the output of the phase detector (PD). Moreover, the cutoff frequency of this low-pass filter depends on the comparison frequency Fgp at the reference input of the PD (or the frequency-phase detector PFD) - the lower the comparison frequency Fcp, the lower the cutoff frequency for the required interference suppression with the comparison frequency in the output signal. In this case, the comparison frequency Fcp is determined by a given frequency grid spacing Fш, namely Fcp ш- Therefore, with a small frequency grid spacing, there is a significant limitation from above the range of modulating frequencies in the output signal of the synthesizer.

Н 03 L 7/18 H 03 L 7/18

Второй недостаток этого ЦСЧ состоит в невозможности обеспечить стабильность частотной девиации промодулированного сигнала во всем диапазоне рабочих частот синтезатора.The second disadvantage of this DSC is the inability to ensure the stability of the frequency deviation of the modulated signal in the entire range of operating frequencies of the synthesizer.

Известно, что система ИФАПЧ, на основе которой построен ЦСЧ, работает как умножитель частоты опорного сигнала с коэффициентом умножения, пропорциональным коэффициенту деления N ДПКД согласно формулеIt is known that the IFAPC system, on the basis of which the DSC is built, works as a frequency multiplier of the reference signal with a multiplication factor proportional to the division coefficient N of the DPCD according to the formula

РСЧ FCP -N (ij R) -N ,DMC FCP -N (ij R) -N,

где РСЧ - частота на выходе синтезатора,where DMC is the frequency at the output of the synthesizer,

РОГ - частота на выходе опорного кварцевого генератора, R - коэффициент деления ДФКД (постоянная величина).HORN is the frequency at the output of the reference crystal oscillator, R is the division coefficient of the DPCD (constant value).

Поэтому любая девиация частоты опорного сигнала (от полезного модулирующего сигнала или от паразитного) умножается пропорционально N. При изменении N в широких пределах (в широкодиапазонных синтезаторах) также изменяется и девиация частоты промодулированного сигнала на выходе синтезатора, что является большим недостатком особенно в системах подвижной радиосвязи. Известно (см., например, Системы подвижной радиосвязи. Под ред. И.М. Пышкина. М.: Радио и связь, 1986), что в большинстве систем подвижной радиосвязи задается оптимальное значение девиации частоты при заданной ширине радиоканала. Увеличение уровня девиации частоты приводит к возникновению взаимных помех в соседних радиоканалах, а уменьшение девиации приводит к ухудшению качества приема сигнала и дальности связи.Therefore, any deviation in the frequency of the reference signal (from a useful modulating signal or from a spurious signal) is multiplied proportionally to N. When N varies over a wide range (in wide-range synthesizers), the frequency deviation of the modulated signal at the output of the synthesizer also changes, which is a big drawback especially in mobile radio communication systems . It is known (see, for example, Mobile Radio Communication Systems. Edited by IM Pyshkin. M: Radio and Communication, 1986) that in most mobile radio communication systems, the optimal value of the frequency deviation is set for a given width of the radio channel. An increase in the level of frequency deviation leads to the occurrence of mutual interference in neighboring radio channels, and a decrease in deviation leads to a deterioration in the quality of signal reception and communication range.

Известен ЦСЧ с частотной модуляцией, построенной на основе кольца ИФАПЧ с ДПКД в цепи обратной связи, в котором модулирующий сигнал поступает на второй (модулирующий) вход управляемого генератора (см. патент США № 4110707, Н 03 С 3/10, 1978). В таком синтезаторе можно получить на выходе модулированный сигнал с практически неограниченнойKnown DSC with frequency modulation, built on the basis of the IFAPH ring with DPKD in the feedback circuit, in which the modulating signal is fed to the second (modulating) input of a controlled generator (see US patent No. 4110707, N 03 C 3/10, 1978). In such a synthesizer, a modulated signal with almost unlimited

.CCl i - г.CCl i - g

сверху полосой модулирующих частот. Недостаток его состоит в ограничении снизу полосы модуляции из-за действия обратной связи в системе ИФАПЧ. Модуляция по второму входу управляемого генератора (УГ) воспринимается кольцом ИФАПЧ как внешнее возмущение, которое по цепи обратной связи отрабатывается в сторону его уменьшения. Эта реакция происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой ФНЧ, то есть только на низких частотах. Поэтому для расширения диапазона прохождения модулирующих частот в сторону низких необходимо сужать полосу пропускания кольца ИФАПЧ, что приводит к выбору ФНЧ более инерционного и соответственно к снижению быстродействия синтезатора.on top of a band of modulating frequencies. Its disadvantage is the lower limit of the modulation band due to the feedback in the IFAH system. Modulation at the second input of a controlled generator (UG) 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 reaction occurs in the passband of the IFAPH ring determined by the low-pass filter, that is, only at low frequencies. Therefore, to expand the range of passage of modulating frequencies to the low side, it is necessary to narrow the passband of the IFAP ring, which leads to the choice of the low-pass filter more inertial and, accordingly, to reduce the speed of the synthesizer.

Второй недостаток состоит также в невозможности обеспечить стабильность частотной девиации промодулированного сигнала в диапазоне рабочих частот синтезатора из-за нелинейности характеристики управления УГ. Крутизна Syr этой характеристики для различных частот синтезатора является весьма неопределенной величиной и в широкодиапазонных синтезаторах может изменяться в несколько раз. Соответственно изменяется и уровень девиации частоты.The second drawback also consists in the impossibility of ensuring the stability of the frequency deviation of the modulated signal in the operating frequency range of the synthesizer due to the nonlinearity of the control characteristics of the ultrasonic wave. The steepness Syr of this characteristic for various frequencies of the synthesizer is a very indefinite quantity and can vary several times in wide-range synthesizers. The level of frequency deviation changes accordingly.

Известен ЦСЧ с частотной модуляцией (см. а.с. СССР .№ 1035776, кл. Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/18, 1983), в котором для формирования частотномодулированного сигнала в широкой полосе модулирующих частот используется комбинированный двухточечный способ, когда модулирующий сигнал поступает на модулирующий вход УГ и через интегратор одновременно на модулир тощий вход фазового модулятора, включенного в опорном канале, т.е. модулирзтощий сигнал одновременно подается по двум каналам модуляции. Для уменьшения искажений выходных частотномодулированных колебаний, связанных с большим изменением крутизны Syr управляемого генератора при перестройке ЦСЧ в широком диапазоне частот, используется периодическое размыкание кольца ИФАПЧ, введение пробного возмущения УГ с помощью генератора сигнала настройки и последующей оценки крутизны Syr по сдвигу частоты УГ от этого пробного возмущения.Known DSC with frequency modulation (see AS USSR. No. 1035776, class N 03 С 3/10, Н 03 L 7/18, 1983), in which a combined two-point is used to form a frequency-modulated signal in a wide band of modulating frequencies the method when the modulating signal is supplied to the modulating input of the UG and through the integrator simultaneously to the modulating input of the phase modulator included in the reference channel, i.e. The modulating signal is simultaneously fed through two modulation channels. To reduce the distortion of the output frequency-modulated oscillations associated with a large change in the steepness of the Syr controlled oscillator during the tuning of the central frequency response in a wide range of frequencies, periodic opening of the IFAP ring is used, a test UH disturbance is introduced using the tuning signal generator, and then the Syr steepness is estimated from the shift of the UG frequency from this test indignation.

ICOiL 3ICOiL 3

Однако, для измерения Syr с точностью, обеспечивающей выполнение заданных требований на качество модуляции, необходимо затратить значительное время, что совершенно не удовлетворяет требованиям по быстродействию ЦСЧ.However, to measure Syr with an accuracy that ensures that the specified requirements for modulation quality are met, it is necessary to spend considerable time, which completely does not satisfy the requirements for the speed of the digital clock.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с частотной модуляцией по двухточечному способу (см. а.с. СССР №1774465, кл. НОЗ С 3/10, Н 03 L 7/18, 1992 г), принятый за прототип. Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1.The closest in technical essence to the proposed one is a digital clock circuit with frequency modulation by the two-point method (see AS USSR No. 1774465, class NOZ S 3/10, N 03 L 7/18, 1992), adopted as a prototype. The circuit of the prototype device is shown in FIG. 1.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные опорный генератор (ОГ) 1, делитель 2 частоты, фазовый детектор (ФД)3, фильтр нижних частот (ФЕГЧ)4, управляемый генератор (УГ)5, делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД)6 и фазовый модулятор (ФМ)7, выход которого подключен к другому входу ФД 3, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала (ИМС) 8, управляемый аттенюатор 9, инвертор 10 и интегратор 11, выход которого подключен к управляющему входу ФМ 7, а также блок 12 установки частоты, выход которого подключен к установочному входу ДПКД 6 и управляющему входу управляемого аттенюатора (УПАТ) 9, последовательно соединенные дополнительный ФД 13, дополнительный ФНЧ 14, усилитель (УС) 15, первый пиковый детектор (ПД)16 и вычитатель 17, второй пиковый детектор 18, включенный между выходом интегратора 11 и другим входом вычитателя, а выход источника 8 модулирующего сигнала подключен к второму входу УГ 5 через усилитель 19 с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий вход которого подключен к выходу вычитателя 17. При этом первый вход дополнительного ФД 13 подключен к выходу делителя 2 частоты, а второй вход дополнительного ФД 13 подсоединен к выходу ДПКД 6.The prototype device contains a series-connected reference generator (OG) 1, a frequency divider 2, a phase detector (PD) 3, a low-pass filter (FEGC) 4, a controlled oscillator (UG) 5, a divider with a variable division ratio (DPD) 6 and phase a modulator (FM) 7, the output of which is connected to another input of the PD 3, serially connected source of the modulating signal (IC) 8, a controlled attenuator 9, an inverter 10 and an integrator 11, the output of which is connected to the control input of the FM 7, as well as the frequency setting unit 12 whose output is connected to the DPKD input 6 and the control input of the controlled attenuator (UPAT) 9, in series connected an additional PD 13, an additional low-pass filter 14, an amplifier (US) 15, a first peak detector (PD) 16 and a subtractor 17, a second peak detector 18 connected between the integrator output 11 and the other input of the subtractor, and the output of the source 8 of the modulating signal is connected to the second input of UG 5 through an amplifier 19 with an adjustable gain, the control input of which is connected to the output of the subtractor 17. In this case, the first input of the additional PD 13 is connected to ode frequency divider 2, and the second additional input PD 13 is connected to the output DPKD 6.

В этом ЦСЧ модулирующий сигнал поступает на модулирующий вход УГ 5 и через инвертор 10 и интегратор 11 на модулирующий вход ФМ 7, включенного между выходом ДПКД 6 и входом первого ФДЗ. С помощьюIn this DSC, the modulating signal is fed to the modulating input of UG 5 and through the inverter 10 and integrator 11 to the modulating input of FM 7 connected between the output of the DPKD 6 and the input of the first FDZ. Via

..

дополнительного контура автоподстройки в синтезаторе происходит автоматическое измерение и регулировка параметров модулятора во время модуляции и при изменении крутизны Syr управляемого генератора. Хотя здесь нет потери времени на определение Syr с помощью пробных возмущений и последующей подстройки, однако потеря быстродействия всетаки неизбежна из-за того, что в дополнительном контуре уже во время модуляции происходит формирование управляющего напряжения на выходе вычитателя в результате сравнения медленно меняющихся напряжений (огибающих амплитуд модулирующего и демодулирующего сигналов), образующихся на выходах двух типовых детекторов. Поэтому в ЦСЧ с предельно высоким быстродействием (например, с использованием микросхем с дробным ДПКД) из-за такой регулировки возможно значительное запаздывание регулирующего воздействия при смене рабочих частот, что существенно снижает (или даже ухудшает) эффективность работы модулятора не только по стабилизации девиации частоты, но и по равномерности модуляционной характеристики.an additional auto-tuning loop in the synthesizer, the modulator parameters are automatically measured and adjusted during modulation and when the slope of the Syr controlled generator changes. Although there is no loss of time for determining Syr using trial perturbations and subsequent tuning, the loss of speed is inevitable due to the fact that in the additional circuit, during the modulation, a control voltage is formed at the output of the subtractor as a result of comparing slowly varying voltages (envelope amplitudes modulating and demodulating signals) generated at the outputs of two typical detectors. Therefore, in a DSS with extremely high speed (for example, using microcircuits with fractional DPKD), due to such adjustment, a significant delay in the regulatory action is possible when changing operating frequencies, which significantly reduces (or even worsens) the modulator’s efficiency not only in stabilizing the frequency deviation, but also by the uniformity of the modulation characteristic.

Кроме того, в быстродействующих ЦСЧ с частотной модуляцией (ЧМ) при использовании микросхем с дробным ДПКД (ДДПКД) увеличивается паразитная частотная модуляция (ПЧМ), когда модулирующие частоты близки к частоте сравнения. Это ухудшение чистоты спектра объясняется тем, что при использовании ДДПКД колебание опорной частоты Fcp, подаваемое на ФД, представляет собой, как и прежде, регулярную импульсную последовательность, а частота следования импульсов с выхода ДДПКД Рд только в среднем равна опорной частоте, т.е. импульсы с выхода ДДПКД поступают в некоторой окрестности опорной частоты сравнения Fcp. В результате взаимодействия этой частоты Рд с модулирующими частотами РМ на выходе ФД формируются дополнительные комбинационные частоты РК, т.е. ФД работает как смеситель; РМ ± к -Рд. Причем суммарные комбинационные составляющие не проходят через ФПЧ, а разностные могут пройти и промодулировать частоту УГ.In addition, in high-speed DSPCs with frequency modulation (FM), when using microcircuits with fractional DPKD (DPCD), the parasitic frequency modulation (PCM) increases when the modulating frequencies are close to the comparison frequency. This deterioration in the purity of the spectrum is explained by the fact that, when using the DPCD, the oscillation of the reference frequency Fcp supplied to the PD is, as before, a regular pulse sequence, and the pulse repetition rate from the output of the DPCD Rd is only on average equal to the reference frequency, i.e. pulses from the output of the DPCD arrive in some vicinity of the reference reference frequency Fcp. As a result of the interaction of this frequency RD with the modulating frequencies of the PM, additional Raman Raman frequencies are formed at the output of the PD, i.e. PD works as a mixer; PM ± K-Rd. Moreover, the total combinational components do not pass through the phase-transfer filter, and the difference ones can pass and modulate the frequency of the UG.

Таким образом, недостатками устройства-прототипа является запаздывание управляющего воздействия по стабилизации девиации частоты особенно в быстродействующих синтезаторах, что ухудшает эффективность работы модулятора и увеличивает неравномерность модуляционной характеристики.Thus, the disadvantages of the prototype device is the delay of the control action to stabilize the frequency deviation, especially in high-speed synthesizers, which affects the efficiency of the modulator and increases the uneven modulation characteristics.

Целью предлагаемого технического решения является стабилизация заданного уровня девиации частоты и уменьшение неравномерности модуляционной характеристики при одновременном повышении чистоты спектра выходного сигнала и сохранении высокого быстродействия.The aim of the proposed technical solution is to stabilize a given level of frequency deviation and reduce the uneven modulation characteristics while improving the purity of the spectrum of the output signal and maintaining high speed.

Для устранения указанных недостатков в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, первый делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый частотно-фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, первый управляемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления и фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого частотно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с модулирующим входом первого управляемого генератора, последовательно соединенные инвертор и интегратор, выход которого соединен с модулирующим входом фазового модулятора, а также первый блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, введены последовательно соединенные второй управляемый генератор, второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления, второй частотно-фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого генератора, а также второй делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом второго частотно-фазового детектора, а вход - с выходом первого управляемого генератора, второй блок установки частоты, выходTo eliminate these shortcomings in a digital frequency synthesizer with frequency modulation, containing a reference oscillator connected in series, a first frequency divider with a fixed division ratio, a first frequency-phase detector, a first low-pass filter, a first controlled oscillator, a first frequency divider with a variable division coefficient and phase a modulator, the output of which is connected to the second input of the first frequency-phase detector, a modulating signal source and an amplifier connected in series with adjustable gain, the output of which is connected to the modulating input of the first controlled generator, an inverter and an integrator connected in series, the output of which is connected to the modulating input of the phase modulator, as well as the first frequency setting unit, the output of which is connected to the installation input of the first frequency divider with a variable division ratio, a second controlled oscillator, a second frequency divider with a variable division coefficient, and a second frequency-phase detector are introduced in series ctor, a second low-pass filter, the output of which is connected to the control input of the second controlled oscillator, as well as a second frequency divider with a fixed division coefficient, the output of which is connected to the second input of the second frequency-phase detector, and the input - with the output of the first controlled generator, the second block frequency setting output

IC-Oif 6IC-Oif 6

которого соединен с установочным входом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и через цифроаналоговый преобразователь с управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом инвертора, при этом выход управляемого генератора является выходом устройства.which is connected to the installation input of the second frequency divider with a variable division ratio and through a digital-to-analog converter with a control input of an amplifier with an adjustable gain, the output of which is connected to the inverter input, while the output of the controlled generator is the output of the device.

На фиг.2 представлена блок-схема предлагаемого ЦСЧ с частотной модуляцией, где обозначено: 1- опорный генератор (ОГ);Figure 2 presents the block diagram of the proposed DSC with frequency modulation, where it is indicated: 1 - reference generator (OG);

2,17 - первый и второй делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления (ФКД);2.17 - the first and second frequency divider with a fixed division ratio (PCF);

3.15- первый и второй частотно-фазовый детектор (ЧФД);3.15 - the first and second frequency-phase detector (ChFD);

4.16- первый и второй фильтр нижних частот (ФНЧ);4.16 - the first and second low-pass filter (LPF);

5.13- первый и второй управляемый генератор (УГ);5.13 - the first and second controlled generator (UG);

6.14- первый и второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД);6.14 - the first and second frequency divider with a variable division ratio (DPKD);

7- фазовый модулятор;7-phase modulator;

8- источник модулирующего сигнала (ИМС);8 - source of the modulating signal (IC);

9- усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (УС); 10-инвертор (PfflB);9- amplifier with adjustable gain (US); 10-inverter (PfflB);

11 - интегратор (ИНТ);11 - integrator (INT);

12,18 - первый и второй блок установки частоты (БУЧ);12.18 - the first and second unit for setting the frequency (BEECH);

19 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).19 - digital-to-analog converter (DAC).

ЦСЧ с ЧМ содержит последовательно соединенные опорный генератор ОГ1, первый ДФКД2, первый ЧФДЗ, первый ФНЧ4, первый УГ5, первый ДПКД6 и ФМ7, выход которого соединен со вторым входом первого ЧФДЗ, последовательно соединенные ИМС 8 и УС9, выход которого соединен с модулирующим входом первого УГ5 и через инвертор ИНВ10, интегратор ИНТ 11 с модулирующим входом ФМ7, а также первый БУЧ 12, выход которого соединен с установочным входом первого ДПКД6, последовательно соединенные второй УГ13, второй ДПКД 14, второй ЧФД 15, второй ФНЧ 16,The DSCH with FM contains in series the reference generator OG1, the first DFKD2, the first ChFDZ, the first LPF4, the first UG5, the first DPKD6 and FM7, the output of which is connected to the second input of the first ChFDZ, serially connected by IC 8 and US9, the output of which is connected to the modulating input of the first UG5 and through the INV10 inverter, the INT 11 integrator with the modulating input FM7, as well as the first BEECH 12, the output of which is connected to the installation input of the first DPKD6, serially connected to the second UG13, the second DPKD 14, the second ChFD 15, the second low-pass filter 16,

выход которого соединен с управляющим входом второго УГ13, При этом выход первого УГ5 соединен через второй ДФКД17 со вторым входом второго ЧФД15, а выход второго БУЧ 18 соединен с установочным входом второго ДПКД14 и через цифроаналоговый преобразователь ЦАП19 с управляющим входом УС9. Причем, второй выход второго УГ 13 вляется выходом ЦСЧ.the output of which is connected to the control input of the second UG13, while the output of the first UG5 is connected through the second DFKD17 to the second input of the second ChFD15, and the output of the second BEECH 18 is connected to the installation input of the second DPKD14 and through the digital-to-analog converter DAC19 with the control input US9. Moreover, the second output of the second UG 13 is a CSC output.

ЦСЧ с ЧМ работает следующим образом. В режиме синхронизма модулирующий сигнал Um(t) подается от PIMC8 через УС9 по двум каналам модуляции первого кольца ИФАПЧ: на модулирзтощий вход УГ5 и через ИНВЮ, ИПТИ на модулирующий вход фазового модулятора ФМ7, такCSC with FM works as follows. In synchronism mode, the modulating signal Um (t) is supplied from PIMC8 through the US9 through two modulation channels of the first IFAPC ring: to the modulating input UG5 and through INVI, IPTI to the modulating input of the phase modulator FM7, so

чтобы компенсировать отклонение фазы импульсов Афм1 с выхода первого ДПКД6 с коэффициентом деления N1, происходящее из-за модуляции частоты УГ5, Поэтому с выхода ФМ7 на второй вход ЧФДЗ поступают импульсы, уже не модулированные по фазе, как и в режиме синхронизма без подачи модуляции,in order to compensate for the phase deviation of the Afm1 pulses from the output of the first DPKD6 with the division coefficient N1, which occurs due to modulation of the UG5 frequency, therefore, pulses that are no longer modulated in phase, as in the synchronism mode without applying modulation, are fed from the FM7 output to the second input of the ChFDZ,

Первое кольцо ИФАПЧ работает на одной частоте, поэтому здесь всегда можно выбрать оптимальный режим широкополосной двухточечной модуляции с минимальными искажениями. Точность компенсации фазыThe first IFAPCH ring operates at a single frequency, so here you can always choose the optimal mode of broadband point-to-point modulation with minimal distortion. Phase Compensation Accuracy

импульсов Афм1 определяется правильным подбором уровня и фазы сигнала обратной (противофазной) модуляции в ФМ7 с помощью инвертора ИНВЮ и интегратора ИНТ11.pulses Afm1 is determined by the correct selection of the level and phase of the signal of the reverse (antiphase) modulation in FM7 using the INVIU inverter and the INT11 integrator.

Второе кольцо ИФАПЧ (выходное) на основе УГ13, ДПКД14, ЧФД15 и ФНЧ16 является широкодиапазонным, быстродействующим и может работать на ультравысоких частотах. Поскольку модулирующий сигнал для второго кольца ИФАПЧ содержится в его опорном сигнале с выхода УГ5 первого кольца, то при изменении выходных частот синтезатора, определяемых изменением коэффициента деления N2 второго ДПКД14, также изменялся бы и уровень девиации частоты модулированного сигнала (т.е. частота опорного сигнала умножалась бы пропорционально N2).The second IFAPCH ring (output) based on UG13, DPKD14, ChFD15 and LPF16 is wide-range, high-speed and can operate at ultra-high frequencies. Since the modulating signal for the second IFAPC ring is contained in its reference signal from the UG5 output of the first ring, when the output frequencies of the synthesizer are determined by the change in the division coefficient N2 of the second DPKD14, the level of frequency deviation of the modulated signal would also change (i.e., the frequency of the reference signal multiplied proportionally to N2).

icci-f - ficci-f - f

Для стабилизации уровня девиации частоты второго УГ13 модулирующий сигнал от источника ИМС8 поступает сразу через усилитель с регулируемым коэффициентом усиления УС9, коэффициент усиления которого изменяется обратно пропорционально изменению N2 с помощью напряжения, поступающего на его управляющий вход с выхода ЦАП19. А так как изменение коэффициента деления N2 второго ДПКД14 и обратно пропорциональное N2 изменение коэффициента усиления УС9 происходят одновременно по сигналу от второго БУЧ18, то быстродействие синтезатора сохраняется таким же высоким, как и без модуляции.To stabilize the frequency deviation level of the second UG13, the modulating signal from the IC8 source arrives immediately through an amplifier with an adjustable gain US9, the gain of which changes inversely with the change in N2 using the voltage supplied to its control input from the output of the DAC19. And since the change in the division coefficient N2 of the second DPKD14 and inversely proportional to N2 the change in the gain of US9 occur simultaneously according to the signal from the second BEECH18, the speed of the synthesizer remains as high as without modulation.

Кроме того, известно, что в ЦСЧ с многократным умножением частоты опорного кварцевого генератора (например, в диапазоне ультравысоких частот) происходит существенное увеличение ПЧМ пропорционально коэффициенту умножения, т.к. вместе с умножением частоты опорного кварцевого генератора умножаются и щумовые составляющие.In addition, it is known that in a central digital clock with multiple frequency multiplication of the reference crystal oscillator (for example, in the ultra-high frequency range), a significant increase in the FSM is proportional to the multiplication coefficient, because Along with the frequency multiplication of the reference crystal oscillator, the noise components are also multiplied.

В предложенном синтезаторе первое кольцо используется как узкополосный фильтр, где на частотах в пределах узкой полосы синхронизации шумы устройства определяются шумами кварцевого генератора (которые, естественно, очень малы), а вне - шумами управляемого генератора, которые для одночастотного УГ можно сделать меньше относительно шумов кварцевого генератора, приведенного к частоте УГ. Поэтому коэффициент умножения всего ЦСЧ можно перераспределить между 1 и 2 кольцами так, чтобы улучшить чистоту спектра выходного сигнала.In the proposed synthesizer, the first ring is used as a narrow-band filter, where at frequencies within a narrow synchronization band the device noise is determined by the noise of the quartz oscillator (which, of course, is very small), and outside the noise of the controlled oscillator, which can be made smaller with respect to the noise of the quartz oscillator generator, reduced to the frequency of the UG. Therefore, the multiplication coefficient of the entire CSC can be redistributed between 1 and 2 rings so as to improve the purity of the spectrum of the output signal.

К примеру, если общий коэффициент умножения , то его можно перераспределить между кольцами так: Кобщ К1- К2 10- 5 50.For example, if the total multiplication coefficient, then it can be redistributed between the rings as follows: Kotch K1-K2 10-550.

В то же время при двухточечной модуляции ширина полосы модуляции не зависит от полосы пропускания кольца ИФАПЧ.At the same time, with point-to-point modulation, the modulation bandwidth is independent of the bandwidth of the IFAP ring.

Поэтому в предложенном устройстве происходит необходимое формирование полезного модулирующего сигнала и одновременно подавление ПЧМ.Therefore, in the proposed device there is the necessary formation of a useful modulating signal and at the same time suppression of the FFM.

Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые блоки типовые и могут быть выполнены на широко известных микросхемах. Выпускаемые многими фирмами микросхемы с дробным ДПКД представляют собой законченные устройства, способные работать на частотах до 3 ГГц. Например, микросхема LMX 2352 фирмы National Semiconductor (США) представляет собой двойной синтезатор с двумя раздельными контурами регулирования: один с дробным ДПКД, другой - с обычным.Proof of the feasibility of the proposed device is that the input units are typical and can be performed on well-known microcircuits. Chips with fractional DPKD produced by many companies are complete devices capable of operating at frequencies up to 3 GHz. For example, the LMX 2352 microcircuit from National Semiconductor (USA) is a dual synthesizer with two separate control loops: one with a fractional DPKD, the other with a conventional one.

Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления может быть построен на основе операционного усилителя и полевого транзистора, включенного в цепь обратной связи усилителя, как в прототипе.An amplifier with adjustable gain can be built on the basis of an operational amplifier and a field effect transistor included in the amplifier feedback circuit, as in the prototype.

Из микросхем ЦАП можно применять любые, например, AD8400 фирмы Analog Devices (США).Any DAC chips can be used, for example, the AD8400 from Analog Devices (USA).

Существенным отличием предложенного технического решения является то, что с помощью введенных новых элементов, объединенных соответствующими связями с остальными узлами схемы, происходит широкополосная частотная модуляция высокочастотного сигнала на выходе синтезатора с сохранением заданного уровня девиации частоты и дополнительное подавление ПЧМ выходного сигнала устройства без потери высокого быстродействия.A significant difference of the proposed technical solution is that, with the help of the introduced new elements, combined by appropriate connections with the other nodes of the circuit, a broadband frequency modulation of the high-frequency signal at the synthesizer output occurs while maintaining a given level of frequency deviation and additional suppression of the PCM output signal of the device without loss of high speed.

Для стабилизации уровня девиации частоты в предложенном ЦСЧ с ЧМ отпадает необходимость отслеживать во время модуляции изменение крутизны Syr второго УГ, связанной как с переключением выходных частот синтезатора, так и с воздействием дестабилизирующих факторов.To stabilize the level of frequency deviation in the proposed CSC with FM, there is no need to monitor during modulation the change in the slope Syr of the second UH associated with both switching the output frequencies of the synthesizer and the influence of destabilizing factors.

Характерно, что здесь для стабилизации уровня девиации частоты используется цепь управления с выхода второго блока установки частоты (для 2-го ДПКД) второго кольца ИФАПЧ через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) на управляющий вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления модулирующего сигнала, поступающего по двум каналам модуляции первого кольца ИФАПЧ.It is typical that here, to stabilize the level of frequency deviation, a control circuit is used from the output of the second frequency setting unit (for the 2nd DPCD) of the second IFAPC ring through a digital-to-analog converter (DAC) to the control input of the amplifier with an adjustable gain of the modulating signal supplied through two modulation channels first IFAPCH ring.

, ,

Так как изменение коэффициента деления N2 второго ДПКД от второго блока установки частоты происходит одновременно изменением коэффициента передачи усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, то девиация частоты стабилизируется и быстродействие второго кольца ИФАПЧ сохраняется такое же высокое, как и без модуляции.Since the change in the division coefficient N2 of the second DPKD from the second frequency setting unit occurs simultaneously with a change in the gain of the amplifier with an adjustable gain, the frequency deviation is stabilized and the speed of the second IFAPH ring remains as high as without modulation.

Таким образом, в предложенном ЦСЧ с ЧМ происходит стабилизация заданного уровня девиации частоты при широком диапазоне изменения рабочих частот и равномерной модуляционной характеристики с одновременным повышением чистоты спектра выходного сигнала и сохранением высокого быстродействия.Thus, in the proposed DSS with FM, stabilization of a given level of frequency deviation occurs with a wide range of changes in operating frequencies and uniform modulation characteristics while increasing the purity of the output signal spectrum and maintaining high speed.

Предлагаемое техническое решение, по мнению заявителей, обладает суш;ественными отличиями, так как при поиске не выявлены аналоги, содержаш 1е признаки, сходные с отличительными.The proposed technical solution, according to the applicants, has dry differences; since the search did not reveal any analogues containing the first features similar to the distinctive ones.

Патентообладатель - ФГУП Воронежский НИИ связи. Главный инженер .В. КалининPatent holder - FSUE Voronezh Research Institute of Communications. Chief engineer .V. Kalinin

Claims (1)

Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, первый делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый частотно-фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, первый управляемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления и фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого частотно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с модулирующим входом первого управляемого генератора, последовательно соединенные инвертор и интегратор, выход которого соединен с модулирующим входом фазового модулятора, а также первый блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, отличающийся тем, что введены последовательно соединенные второй управляемый генератор, второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления, второй частотно-фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с управляющим входом второго управляемого генератора, а также второй делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом второго частотно-фазового детектора, а вход - с выходом первого управляемого генератора, при этом второй блок установки частоты соединен с управляющим входом второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и через цифроаналоговый преобразователь - с управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом инвертора, причем второй выход второго управляемого генератора является выходом синтезатора.A frequency-modulated digital frequency synthesizer comprising a reference oscillator connected in series, a first frequency divider with a fixed division ratio, a first frequency-phase detector, a first low-pass filter, a first controllable generator, a first variable frequency divider, and a phase modulator whose output is connected with a second input of the first frequency-phase detector, a modulating signal source and an adjustable gain amplifier connected in series to the stroke of which is connected to the modulating input of the first controlled generator, an inverter and an integrator connected in series, the output of which is connected to the modulating input of the phase modulator, as well as the first frequency setting unit, the output of which is connected to the installation input of the first frequency divider with a variable division coefficient, characterized in that a second controlled oscillator, a second frequency divider with a variable division coefficient, a second frequency-phase detector, and a second filter are introduced in series p low frequencies, the output of which is connected to the control input of the second controlled oscillator, as well as a second frequency divider with a fixed division ratio, the output of which is connected to the second input of the second frequency-phase detector, and the input - with the output of the first controlled generator, while the second installation unit frequency is connected to the control input of the second frequency divider with a variable division coefficient and through a digital-to-analog converter, to the control input of an amplifier with an adjustable gain, in turn is connected to the input of the inverter, wherein the second output of the second controlled oscillator is the output of the synthesizer.