ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

ЦР1ФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ
МОДУЛЯЦИЕЙ
Нолезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве возбудителя передатчика с частотной модуляцией и гетеродина приемника без подачи модулирующего сигнала.
Известен цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией (ЧМ), построенный на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАНЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДНКД) в цепи обратной связи, в котором модулирующий сигнал подается одновременно на модулирующий вход управляемого генератора (УГ) и через интегратор и управляемый аттенюатор (УА) на вход фазового модулятора (ФМ), включенного в опорном канале между делителем частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) и фазовым детектором (ФД) (см. а.с. СССР №919040, Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/16, 1980).
В таком УСЧ с двухточечной модуляцией и при идентичности обоих каналов прохождения модулирующего сигнала импульсы на входах ФД промодулированы по фазе одинаково. Поэтому на выходе ФД не возникает сигнала ошибки и нет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение. Нри этом имеется принудительная возможность пропустить в ЦСЧ модулирующий сигнал в широкой полосе частот и без искажений. Однако такая возможность реализуется только в синтезаторе, у которого в режиме синхронизма разность фаз двух сравниваемых потоков импульсов близка к нулю. т.е. в астатических системах ИФАНЧ, как, например, в ЦСЧ с частотно-фазовым детектором (ЧФД). Если же система ИФАНЧ не астатическая (например, с ФД типа, «выборка-запоминание) или в ЦСЧ с ЧФД остаточная разность фаз превышает допустимые значения, то искажения могут уве;шчиться. Если на входы ФД импульсы в режиме синхронизма приходят с большим сдвигом по фазе, то при модуляции в зависимости от частоты модулирующего сигнала сдвиг импульсов будет не синфазным. Это приведет к тому , что на выходе ФД ошибка от воздействия модулирующего возмущения не скомпенсируется, а наоборот, увеличится, при этом возрастут частотные и нелинейные искажения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемом  является ЦСЧ с частотной модуляцией (см. а.с. СССР №1252909, Н 03 С 3/10. Н 03 L 7/18, 1984), в котором для формирования частотно-модулированного сигнала в широкой полосе модулирующих частот используется комбинированный дв т точечный способ, когда модулирующий сигнал поступает па модулирующий вход УГ и одновременно через управляемый аттенюатор, инвертор и интегратор на вход ФМ, включенного между ДНКД и ФД. Здесь модулируются не опорные импульсы, а импульсы с выхода ДНКД. Нри этом в ФМ осуществляетМ.кл-НОЗСЗ/Ю Н 03 L 7/18
ся противофазная модуляция импульсов, поступающих с ДПКД же модулированных по фазе в соответствии с изменениями информационного модулирующего сигнала 5M(t). С помощью УА, инвертора и интегратора подбирается такой уровень обратного смещения фазы импульсов в ФМ, чтобы компенсировать фазовую модуляцию импульсов на выходе ДПКД. В результате такой компенсации с выхода ФМ на вход ФД поступают импульсы уже без фазовой модуляции (как в режиме синхронизма ЦСЧ без модуляции) и в управтыющем сигнале на выходе фильтра нижних частот (ФНЧ) нет состав ;1яющей от реакции кольца ИФАГТЧ на модулирующее возмущение УГ.
Особенность этого ИФАПЧ состоит в том, что, в отличие от предыдущей схемы, здесь в режиме синхронизма без ЧМ сдвиг по фазе между входными импульсами ИФД может быть достаточно больщой и это не влияет на искажения сигнала при ЧМ. Поэтому такой ЧМЦСЧ может работать с любыми типами ИФД как в синхронных, таки в несинхронных системах.
Однако быстродействие известного ЦСЧ остается недостаточным, что связано с сравнительно больщой инерционностью ФНЧ в кольце ЧМЦСЧ. Инерционность этого ФНЧ определяется, в основном, необходимостью подавления до заданного уровня помех в цепи управления У1 с частотами, кратными частоте сравнения. Известно, что часта сравнения Fq, в однокольцевом ЦСЧ выбирается, исходя из заданного шага сетки частот РШ и не может его превышать, т.е. FCP  Рщ. При существующей тенденции к еиьшению шага сетки частот и жесточению норм по подавлению паразитной частотной мод ляции ФНЧ выбирается достаточно инерционным, что приводит к чтменьшению полосы пропускания кольца ИФАПЧ и снижению быстродействия.
При введении модулирующего сигнала в ЦСЧ паразитная частотная модуляция увеличивается тогда, когда модулирующие часты близки к частоте сравнения. Это можно объяснить тем, что в результате взаимодействия частоты сравнения Fcp с недостаточно скомпенсированными модулирующими частотами РЫ на выходе ФД формируются различные комбинационные часты РК- т.е. ФД работает как смеситель: FK  пРм ± kFq,, причем сутммарные комбинационные составляющие не проходят через ФНЧ, а разностные проходят и  частоту УТ.
В известном ЦСЧ с ЧМ устранить эту паразитную частотную модуляцию (ПЧМ) затруднительно, т.к. в компенсирующем сигнале, постчпаюшем на второй вход ФМ от источника моду.1шрующего сигнала через ряд узлов, этих комбинационных составляющих нет.
Таким образом, для повышения быстродействия в этом ЦСЧ необходимо уменьшить инерционность ФНЧ в цепи управления УГ, а это приводит к увеличению ПЧМ.
Целью предлагаемого технического решения является повышение быстродействия при одновременном уменьшении уровня паразитной частотной модуляции и сохранении широкого диапазона моду.1шр тощих частот.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащей последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и фазовый модулятор, фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и фазовый модулятор, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор, первый инвертор и первый интегратор, выход которого подключен к второму входу фазового модулятора, а также устройство установки выходной часгогы, выход когорого подключен к установочному входу делителя часгогы с переменным коэффициентом деления и к управляющему входу управляемого аттенюатора, введены последовательно соединенные второй интегратор, перемножитель сигналов, делитель напряжения, второй инвертор, первый балансный модулятор и сумматор, последовательно соединенные фазовращатель на  и второй балансный модулятор, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора и с первым и вторым входами перемножитеж сигналов, а выход - подключен к второму входу сумматора. При этом вход второго интегратора через разделительную емкость соединен с выходом фильтра нижних частот, второй вход первого балансного модулятора соединен с выходом управляемого генератора, входом фазовращателя на п и третьим входом сумматора, выход которого является выходом устройства.
Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что с помощью введенных новых элементов, объединенных соответствующими связями с остальными узлами схемы, происходит дополнигельное подавление ПЧМ выходного сигнала устройства. А это позволяет уменьшить инерционность ФНЧ и тем самым повысить быстродействие ЦСЧ. При этом полоса модулирующих частот остается широкой, как и в известном ЦСЧ.
Существенно, что при этом значительно подавляется ПЧМ, вызванная не только помехами с частотами, кратными частоте сравнения, но и комбинационными помехами, появляющимися в результате взаимодействия частот мод лирующего сигнала, близких к частоте сравнения, с частотой сравнения и ее гармониками на выходе ФД, т.е. по сравнению с прототипом происходит дополнительное улучшение и модуляционного параметра ЦСЧ с ЧМ.
Заявителю не известны решения со сходными признаками, а также с аналогичными свойствами. Поэтому можно считать, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.
Па фиг.1 изображена блок-схема цифрового синтезатор частот с частотной модуляцией. Па фиг.2 представлены векторные диаграммы, поясняющие принцип подавления ПЧМ при различных индексах паразитной модуляции.
ЦСЧ с ЧМ содержит последовательно соединенные опорный генератор ОГ1, ДФКД2, ФДЗ, ФПЧ4, УГ5,ДПКД6 и ФМ7, выход которого подключен к второму входу ФДЗ, последовате.11ьно соединенные источник модулирующего сигнала ИМС8, УА9, первый инвертор ИНВЮ, первый интегратор PfflTl 1, выход которого подключен к второму входу ФМ7, а также устройство установки выходной частоты УУ12, выход которого подключен к установочному входу ДПКДб и к управляющему входу УА9, последовательно соединенные второй интегратор ИНТ13, перемножитель сигналов ПСИ, делитель напряжения на два ДНИ, второй инвертор ИНВ16, первый балансный модулятор БМ17 и сумматор СУМ 18, последовательно соединенные фазовращатель на л 2 ФВ19 и второй балансный модулятор БМ20, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора ИНТ13 и с первым и вторым входами ПСИ, а выход БМ20 подключен к второму входу СУМ 18. При этом вход второго ИНТ 13 через разделительный конденсатор 21 соединен с выходом ФНЧ4, второй вход первого БМ17 соединен с выходом УГ5, входом ФВ19 и третьим входом СУМ 18, выход которого является выходом устройства.
Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.
После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ при подаче модулирующего напряжения С/м(0 от ИМС8 на модулирующий вход УГ5 происходит его частотная модуляция. Кроме модуляции УГ5 полным информационным сигналом, имеет место ПЧМ, вызванная недостаточно отфильтрованной ФНЧ4 помехой с частотой сравнения Fcp, ее гармониками и комбинационными составляющими FK. Тогда сигнал на выходе УГ8 можно представить в виде ((i)dt + (t}cit Ucos( + (.(1)
где 03 о - частота несущего колебания УГ8,
фм  KM  - составляющая информационного модулирующего сигнала г/л-Х/),
Фя  Кп lun{t)dt - составляющая ПЧМ. Па выходе фазовращателя ФВ19
ифЕ  Шп(соо/ + фм+ Фя)-(2)
После ФНЧ4 правляющий сигнал имеет постоянную составляющую бо (в режиме синхронизма) и переменьгую помеховую составляющую, т.е.
) + п6-п(/).(3)
После разделительной емкости 21 сигнал уже не имеет постоянную составляющую бо
ис  KnUM-(4)
На выходе второго интегратора ИНТ13
Мшт  п litn(t}dt - фп-(5)
После перемножителя ПСИ
ПС  Ап K(0d  фп-(6)
На выходе делителя напряжения на 2 ДН15
Hji}i Kn ndmtf 4 n.(7)
иинв  - п 1мп(  (8)
Тогда на выходе первого БМ17 с учетом (1) и (8) WBMI  Пит ПУТ  - f VnCOs(a)o/ + срм + фп).(9)
На вьгкоде второго БМ20 с учетом (2) и (6)
МФВ «ИНТ  г7фп8Ш(СОо/+фм+фп)-(10)
в результате линейного суммирования трех сигналов на выходе сумматора СУМ 18 (выходе устройства)
WBMI + %M2 + м-,т  LT;COS(COO + фм+ Фп)+фп8т(шо/ -  Фп) - - (юо. +
+ Фм + Фп)  -Т( 1 ) cos((o/ + Фм + Фп)+Фп81п(соо/ + фм  Фп)(и)
при фп«1рад (что всегда обеспечивается в ЧМ ЦСЧ).
Можно считать, что 81Пфп  Фгь созфп 1--, тогда (11) можно представить в виде
z/v  О со8фпСО8(соо/+(рм+Фп)+8Шфп81п( + фп)  Lcos(coo  фм)
Векторная диаграмма, представленная на фиг.2, поясняет работу устройства при фп  0,5рад для срм  0. С выхода УГ5 вспомогательный сигнал с помощью фазовращателя на 7г2 ФВ19 разделяется на две квадратурные составляющие, т.е. на выходах двух балансных модуляторов БМ17 и БМ20 формируются несущие колебания одинаковой частоты, но сдвинутые друг относительно друга на фазе на 90°. Из-за ПЧМ происходит отклонение начальной фазы каждой квадратурной составляющей на угол фп (т.е. качание вектора относительно исходного состояния).
На фиг.2 представлены два случая отклонения начальной фазы каждой квадратурной составляющей на угол +(рп и -фц. В любом  результирующий вектор, т.е. сигнал на выходе сумматора СУМ18 остается без НЧМ.
М  C/COSCOo/
Носкольку НЧМ можно подавлять не только с помощью ФНЧ, но и с помощью введенных узлов и их связей с остальными элементами схемы, то можно меньщить инерционность ФНЧ в цейи управления УГ и тем самым повысить быстродействие ЦСЧ с ЧМ. А необходимое подавление НЧМ выходного сигнала ЦСЧ перераспределить между его узлами.
Например, пусть побочные составляющие выходного сигнала необходимо подавить не менее, чем на ВОдБ. В предложеьшом устройстве можно, допустим, обеспечить подавление НЧМ на выходе ФНЧ до 50дБ, а дополнительное подавление на ЗОдБ можно получить с помощью введенной схемы. Нри этом за счет уменьщения инерционности ФНЧ можно в несколько раз повысить быстродействие синтезатора.
Перемножитель сигналов может быть выполнен на микросхеме К52511СЗ, балансный модулятор - на микросхеме 174ПС1. Фазовращатель на w2 представляет собой резонансн ю цепь (например, контур), в которой определенным подбором реактивных элементов (L,C) достигается фазовый сдвиг на д 2 выходного сигнала относительно входного. Сумматор может быт выполнен пассивным на резисторах. В качестве инвертора можно использовать усилитель с инверсным выходом и с коэффициентом усиления, равным 1 (например, на микросхеме 140УД20). Делитель напряжения также может быть выполнен пассивным.
1аким образом, применение предлагаемого цифрового синтезатора частот с частотной модуляцией позволяет повысить быстродействие при одновременном уменьшении паразитной частотной модуляции и осуществлении частотной модуляции информационным сигналом в широкой полосе модулирующих частот.