SU1577071A1 - Frequency synthesizer - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано дл  формировани  сетки частот в приемо-передающей аппаратуре. Цель изобретени  - повышение спектральной чистоты выходных сигналов. Синтезатор частот содержит эталонный генератор 1, первый, второй, ..., N-1-ый каналы 2 1, 2 2,..., 2 N-1 формировани  частоты, фазорасщепитель 3 эталонной частоты, генератор 4 высокой частоты. Каждый из N - 1 каналов 2 1, 2 2, ... 2 N-1 содержит ФД 5, ФНЧ 6, управл емый генератор 7, фазорасщепитель 8 и управл емый фазовращатель 9. Принцип формировани  частот в синтезаторе заключаетс  в последовательном сдвиге частот генератора 4 и частот управл емых генераторов 7 в каждом канале на величину F частоты эталонного генератора 1. В результате при частоте генератора 4 F частота управл емого генератора 7 в первом канале 2 оказываетс  равной F + F, частота управл емого генератора 7 во втором канале 2 2 F + 2F и т.д., если управл емые фазовращатели настроены так, что даваемый ими сдвиг фаз равен ϕ = ΩT и частота управл емого генератора 7 будет равна F - F, если управл емые фазовращатели 9 дают сдвиг фаз ϕ = -ΩT. Цепь фазовой автоподстройки из блоков 5 - 7 обеспечивает равенство частот на входах ФД 5. 1 ил.The invention relates to radio engineering and can be used to form a grid of frequencies in receiving and transmitting equipment. The purpose of the invention is to increase the spectral purity of the output signals. The frequency synthesizer contains the reference oscillator 1, the first, second, ..., N-1 channels 2 1, 2 2, ..., 2 N-1 frequency shaping, the phase splitter 3 of the reference frequency, and the high frequency generator 4. Each of the N - 1 channels 2 1, 2 2, ... 2 N-1 contains a PD 5, a low pass filter 6, a controlled oscillator 7, a phase splitter 8 and a controlled phase shifter 9. The principle of frequency shaping in the synthesizer consists in sequential frequency shift of the generator 4 and the frequencies of the controlled oscillators 7 in each channel by the value F of the frequency of the reference oscillator 1. As a result, when the oscillator frequency 4 F, the frequency of the controlled oscillator 7 in the first channel 2 is equal to F + F, the frequency of the controlled oscillator 7 in the second channel 2 2 F + 2F, etc., if the controlled phase shifters are set to that the phase shift given by them is equal to ϕ = ΩT and the frequency of the controlled generator 7 will be equal to F - F, if the controlled phase shifters 9 give a phase shift ϕ = -ΩT. The phase locked loop from blocks 5–7 ensures equal frequencies at the inputs of PD 5. 1 sludge.

Description

СД J JRecd j j

содержит ФД 5, ФНЧ 6, управл емый , генератор 7, фазорасщепитель 8 и уп-, равл емый фазовращатель 9. Принцип формировани  частот в синтезаторе заключаетс  в последовательном сдвиге частот генератора 4 и частот управл емых генераторов 7 в каждом канале на величину F частоты эталонного генератора 1. В результате при частоте генератора 4 f частота управл емого генератора 7 в первом канале 2 оказываетс  равной f + F, частота управл емого генератора 7 во втором канале + 2Г,и т.д., если управл емые фазовращатели настроены так, что даваемый ими сдвиг фаз равен Lf ftt И частота управл емого генератора 7 равна f - F, если управл емые фазовращатели 9 дают сдвиг фаз if - S7t. Цепь фазовой автоподстройки из блоков 5-7 обеспечивает равенство частот на входах ФД 5. 1 ил.contains a PD 5, a low-pass filter 6, a controlled oscillator 7, a phase splitter 8 and an adjustable phase shifter 9. The principle of frequency shaping in the synthesizer consists in sequentially shifting the frequencies of the generator 4 and the frequencies of the controlled oscillators 7 in each channel by the value F of the reference frequency generator 1. As a result, at generator frequency 4 f, the frequency of the controlled generator 7 in the first channel 2 is equal to f + F, the frequency of the controlled generator 7 in the second channel is + 2G, etc., if the controlled phase shifters are set so that their phase shift p Lf ftt veins and frequency controlled generator 7 equals f - F, if the controllable phase shifters 9 provide a phase shift if - S7t. The phase-locked loop of blocks 5-7 ensures equal frequencies at the inputs of PD 5. 1 Il.

, ,

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано дл  формировани  сетки частот в при- емно-передающей аппаратуре. The invention relates to radio engineering and can be used to form a grid of frequencies in receiving and transmitting equipment.

Цель изобретени  - повышение спектральной чистоты, выходных сигналов .The purpose of the invention is to increase the spectral purity of the output signals.

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема синтезатора час тот.The drawing shows a structural electrical circuit of a synthesizer frequency.

Синтезатор частот содержит эталонный генератор 1, первый,второй,..., N-1-й каналы 21, 2г, ..., 2 N-1 формировани  частоты, фазорасщепитель 3 эталонной частоты, генератор 4 высоко частоты. Каждый из N-1 каналов 2f, ..., 2 „, содержит фазовый детектор 5 фильтр нижних частот (ФНЧ) 6, управл емый генератор 7, фазорасщепитель 8 и управл емый фазовращатель 9.The frequency synthesizer contains a reference oscillator 1, first, second, ..., N-1 channels 21, 2g, ..., 2 N-1 frequency shaping, phase splitter 3 of the reference frequency, generator 4 high frequencies. Each of the N-1 channels 2f, ..., 2 ", contains a phase detector 5, a low-pass filter (LPF) 6, a controlled oscillator 7, a phase splitter 8, and a controlled phase shifter 9.

Синтезатор частот работает следующим .образом.The frequency synthesizer works as follows.

Эталонный генератор 1 вырабатывает напр жение, частота F которого равна разности частот двух смежных спектральных составл ющих синтезируемой сетки частот. Генератор 4 высоко частоты вырабатывает напр жение, частота f которого соответствует нижней или верхней границе синтезируемой сетки частот. Управл емые генераторы 7 каждого канала 2 вырабатывают напр жени  , частоты которых отличаютс  от частоты генератора 4 высокой час- тоты соответственно на F, 2F, 3F, ..., (N-1)F. Фазорасщепители 8 каждого из всех каналов преобразуют однофазные напр жени , поступающие на их вход в М-фазные перед подачей их на соответствующие входы управле- ни  управл емых фазовращателей 4. Фазорасщёпитель 3 преобразует одно- фазное напр жение эталонного генера- The reference generator 1 produces a voltage, the frequency F of which is equal to the frequency difference between the two adjacent spectral components of the synthesized frequency grid. Generator 4 produces a high frequency voltage, the frequency f of which corresponds to the lower or upper boundary of the synthesized frequency grid. The controlled oscillators 7 of each channel 2 produce voltages whose frequencies differ from the frequency of the high frequency generator 4, respectively, by F, 2F, 3F, ..., (N-1) F. Phase splitters 8 of each of all channels convert single-phase voltages arriving at their input into M-phase before supplying them to the corresponding inputs of controlled phase shifters 4. Phaser 3 converts the single-phase voltage of the reference generator

тора 1-в М-фазное. Каналы 2 , ..., , содержащие фазовые детекторы 5, фильтры 6 нижних частот, управл емые генераторы 7, обеспечивают подстройку управл емых генераторов 7 соответственно на частоты f + F, f + 2F, ..., f + (N-1)F.torus 1-in M-phase. Channels 2, ..., containing phase detectors 5, low-pass filters 6, controlled oscillators 7, provide adjustment of controlled oscillators 7 to frequencies f + F, f + 2F, ..., f + (N-1 ) F.

Принцип синтеза частот в предлагаемом синтезаторе заключаетс  в последовательном сдвиге частот генератора 4 и управл емых генераторов 7 в каждом из всех каналов на величину частоты F эталонного генератора 1. В результате при частоте генератора 4 высокой- частоты f, соответствующей нижней границе синтезируемой сетки частот, частота управл емого генератора 7 в первом канале 21 оказываетс  равной f + F, частота управл емого генератора 7 во втором канале f + 2F и т.д. Если частота генератора 4 высокой частоты соответствует верхней границе синтезируемой сетки частот, то частота управл емого генератора 7 в первом канале 2 равна f - F, частота управл емого генератора 7 по втором канале 2 - f - 2F и т.д. Так, например, частота генератора 7 в первом канале 2 поддерживаетс  равной f + F цепью фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) из блоков 5-7 благодар The principle of frequency synthesis in the proposed synthesizer consists in sequentially shifting the frequencies of oscillator 4 and controlled oscillators 7 in each of all channels by the frequency F of the reference oscillator 1. As a result, when the frequency of the oscillator is 4, the high frequency f corresponding to the lower boundary of the synthesized frequency grid the controlled oscillator 7 in the first channel 21 is equal to f + F, the frequency of the controlled oscillator 7 in the second channel f + 2F, etc. If the frequency of high frequency generator 4 corresponds to the upper boundary of the synthesized frequency grid, then the frequency of the controlled oscillator 7 in the first channel 2 is equal to f - F, the frequency of the controlled oscillator 7 on the second channel 2 is f - 2F, and so on. For example, the frequency of the oscillator 7 in the first channel 2 is maintained equal to f + F by the phase automatic frequency control (PLL) circuit from blocks 5-7 thanks to

следующему ходу процессов, jnext run of processes j

Напр жение от генератора 4 высокой частоты, измен ющеес  по закону U-cosojt, где ы 2 Iff, получает в управл емом фазовращателе 9 первого канала 2. дополнительный переменный фазовый сдвиг, равный , где 51 21 f, в результате на выходе управл емого фазовращател  9 . образуетс  напр жениеThe voltage from the high-frequency generator 4, varying according to the law U-cosojt, where s 2 Iff, receives in the controlled phase shifter 9 of the first channel 2. an additional variable phase shift equal to, where 51 21 f, as a result of the output of the controlled phase shifter 9 . voltage is generated

U Кфв U cos (cot + q) U Kfv U cos (cot + q)

Кфви cos(w + S)t, где К Kfvi cos (w + S) t, where K

ft- коэффициент передачи управл емого фазовращател  9 по напр жению. Напр жение, полученное от управл емого фазовращател  9, действует на другой вход фазового детектора 5, на вход которого поступает напр жение от управл емого генератора 7. Выходное напр жение фазового детектора 5 через фильтр 6 нижних частот подстра- ивает управл емый генератор 7 и в результате устанавливаетс  равенство частоты напр жени  этого генератора бо угловой частоте напр жени  I) , т.е. устанавливаетс  равенствоft is the transfer coefficient of the controlled phase shifter 9 over voltage. The voltage received from the controlled phase shifter 9 acts on another input of the phase detector 5, the input of which receives the voltage from the controlled oscillator 7. The output voltage of the phase detector 5 through the low-pass filter 6 adjusts the controlled oscillator 7 and As a result, the voltage frequency of this generator is equal to the angular frequency of voltage I), i.e. equality is established

w ы + Л .w s + l

Следовательно, частота ff. управл емого генератора 7 в первом канале 2 будет равна f + F. Аналогично .в цепи из блоков 3 - 7 во втором канале 2 происходит преобразование частоты f1 управл емого генератора 7 в частоту f г f1 F, т.е. управл емый генератор 7 дает напр жение с частотой f + 2F, и т.д.Therefore, the frequency ff. controlled generator 7 in the first channel 2 will be equal to f + F. Similarly, in the circuit from blocks 3 - 7 in the second channel 2, the frequency f1 of the controlled generator 7 is converted to the frequency f g f1 F, i.e. controlled oscillator 7 provides voltage with frequency f + 2F, etc.

Если частота f соответствует верхней границе сетки частот, то управл емые фазовращатели 9 настраиваютс  так, чтобы даваемый ими .сдвиг фазы был равен не (J fit, a if - Л t. Аналогично изложенному частоты управл емых генераторов 7 в каждом из N-1 каналов 2 , 2 2, ..., 2N, будут соответственно равны f - F, f - 2F, f - 3F и т.д. If the frequency f corresponds to the upper boundary of the frequency grid, then the controlled phase shifters 9 are adjusted so that the phase shift given by them is not (J fit, a if - Л t. Similarly to the stated frequency of the controlled oscillators 7 in each of the N-1 channels 2, 2 2, ..., 2N, will be respectively equal f - F, f - 2F, f - 3F, etc.

Способ осуществлени  управл емых фазовращателей 9 может быть реализован на варакторах С1, ..., С , подключенных к общей нагрузке R, и ре- зисто рах разв зки R., , ..., RM - (не показаны).The method for implementing controlled phase shifters 9 can be implemented on varactors C1, ..., C connected to a common load R and disconnectors R.,, ..., RM - (not shown).

Под воздействием М-фазного напр жени  эталонной частоты емкость варак- тора С. измен етс  в соответствии с выражениемUnder the influence of the M-phase voltage of the reference frequency, the capacitance of the S. varactor changes in accordance with the expression

Cf Z; CKcosK(5 t +2liizil). i 1, M.Cf Z; CKcosK (5 t + 2liizil). i 1, M.

Если «апр жение, подводимое к ва- рактору С, от фазорасщепител  8, равноIf “april, supplied to the variator C, from the phase splitter 8, is equal to

jg J5 Ujg J5 U

1 wt - -м- (i - DJ,, 1 wt - -m- (i - DJ ,,

. t . t

то ток с частотой u , проход щий че- 5 рез С-, соответственно равенthen the current with frequency u, passing through 5 through С-, is equal to

ОСOS

i; ) . (1-1)21Ск«i; ). (1-1) 21Sk "

г- MiMr. Mi

cos + (1-1)cos + (1-1)

УФЈЫ cos(u) + к н + UV cos (u) + to n +

2Т2T

+ н (K-na-nj++ n (K-na-nj +

МJ Mj

cos (w - KSl)t - ЦТ cos (w - KSl) t - DH

(i-1)J .(i-1) j.

jg J5 jg j5

Напр жение на выходе управл емого фазовращател  9, создаваемое суммойThe voltage at the output of the controlled phase shifter 9, created by the sum

тих токов, равно /лquiet currents equal to / l

ЧьWhose

-R,,-R ,,

RU-fp wRU-fp w

1; - 9one; - 9

МM

f,f,

соwith

к соto with

СкCk

К COSTo cos

( U) + K0)t н- - (К-1)«(U) + K0) t n- - (K-1) "

,. .- Кифры , .- Kifry

(l-OJ 4лС(l-OJ 4lS

2 i«l гО2 i «l gO

xcos (U- KSl)t - (К+1)«xcos (U- KSl) t - (K + 1) "

, Кифри « «-1, Cyfry "" -1

x(l-1)J . С 51 Лx (l-1) j. C 51 L

z к-а z to-a

2JL11SI11 + (ш+ KSOt + 2JL11SI11 + (w + KSOt +

RU4.pw . l r . 2f,v.n. - + тг( + ./ w. WRU4.pw. l r. 2f, v.n. - + tg (+ ./ w. W

+ ( ш - Kft)t . Использу  формулу+ (w - Kft) t. Using the formula

XX

Г cos(KX + a) cosec -z Г cos (KX + a) cosec -z

,nX A ч t cos(- + a),, nX A h t cos (- + a),

получаютget

W-1W-1

2/2 /

Zcosf-J 4r(K+1 Zcosf-J 4r (K + 1

при M / 1,with M / 1,

УIItVIt

ЈM(K-1) cj+ KSOtJЈM (K-1) cj + KSOtJ

5555

О при К / 1 , М 1, Mcos(w +JL)t,npH , МзИ.About at K / 1, M 1, Mcos (w + JL) t, npH, MzI.

715715

Напр жение на выходе фазовращател  определ етс  выражениемThe output voltage of the phase shifter is determined by the expression

.. RU22tfM .. RU22tfM

иФв 2C1 cos(+)t, ,iFv 2C1 cos (+) t,,

т.е. требуемое смещение частоты достигнуто .those. the required frequency offset is reached.

При этом на вход фазового детектора 5 поступает одна гармоническа  составл юща .In this case, one harmonic component is fed to the input of the phase detector 5.

. Вращение фазы в обратном направле- нии может быть получено изменением пор дка подключени  входов управл емого фазовращател  9 к выходам фазорасще- пител  3 эталонной частоты или к выходам фазорасщепител  8.. Rotation of the phase in the opposite direction can be obtained by changing the order of connecting the inputs of the controlled phase shifter 9 to the outputs of the phase splitter 3 of the reference frequency or to the outputs of the phase splitter 8.

Цепь фазовой автоматической подстройки обеспечивает равенство частот напр жений на входах фазового детектора 5. Этим достигаетс  син-1 хронизаци  управл емого генератора 7 каждого канала 2 с напр жением на выходе управл емого фазовращател  9 этого канала.The phase automatic adjustment circuit ensures equal voltage frequencies at the inputs of the phase detector 5. This achieves syn-1 timing of the controlled oscillator 7 of each channel 2 with the voltage at the output of the controlled phase shifter 9 of this channel.

Техническое преимущество предлагаемого синтезатора состоит в том, что в отличие от известного в состав колец ФАПЧ не вход т преобразователи частоты, из-за которых обогащаетс  спектр сигнала, подаваемого на вход фазового детектора, а следовательно, и спектр выходного сигнала. Синтезатор частот позвол ет повысить стабильность выходных колебаний, поскольку работает без умножителей частоты.The technical advantage of the proposed synthesizer is that, unlike the well-known PLL, there are no frequency converters, which enrich the spectrum of the signal applied to the input of the phase detector, and hence the spectrum of the output signal. The frequency synthesizer allows you to increase the stability of the output oscillations, because it works without frequency multipliers.

8eight

5five

00

5five

00

5five

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Синтезатор частот, содержащий эталонный генератор, генератор высокой частоты, первый, второй, ..., N-1-й канал формировани  частоты, каждый из которых содержит соединенные в кольцо управл емый генератор, фазовый детектор и фильтр нижних частот, отличающийс  тем, что, с целью повышени  спектральной чистоты выходных сигналов, Введены фазо- расщепитель эталонной частоты, вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, в каждый из N-1 каналов формировани  частоты введены последовательно соединенные фа- зорасщепитель и управл емый фазовращатель , выход которого соединен с другим входом фазового детектора, при этом входы фазорасщепителей первого, второго, третьего ..., N-1-го каналов соединены соответственно с выходом генератора высокой частоты, с выходом управл емого генератора первого канала формировани  частоты, с выходом управл емого генератора второго канала формировани  частоты, ..., с выходом управл емого генератора N-2-го канала формировани  частоты , входы управлени  управл емых фазовращателей первого, второго,..., N-1-го каналов формировани  частоты соединены с соответствующими выходами фазорасщепител  эталонной частоты .A frequency synthesizer containing a reference oscillator, a high frequency oscillator, the first, second, ..., N-1 frequency shaping channel, each of which contains a controllable oscillator in a ring, a phase detector and a low-pass filter, characterized in that In order to increase the spectral purity of the output signals, a phase-frequency reference frequency splitter, whose input is connected to the output of the reference frequency generator, is introduced, serially connected phase splitter and control are introduced into each of the N-1 frequency shaping channels. phase shifter, the output of which is connected to another input of the phase detector, while the inputs of the phase splitters of the first, second, third ..., N-1 channels are connected respectively to the output of the high-frequency generator, to the output of the controlled generator of the first channel of frequency shaping, the output of the controlled oscillator of the second frequency shaping channel, ..., with the output of the controlled oscillator of the N-2th frequency shaping channel, the control inputs of the controlled phase shifters of the first, second, ..., N-1th frequency shaping channels Inen with appropriate frequency phase splitters of the reference frequency.