ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ
DIGITAL FREQUENCY SYNTHESISER

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиопередающих, радиоприемных и радиоизмерительных устройствах для синтеза сетки частот и формирования сигналов передачи дискретной информации.
Известно устройство, описанное в книге [Гнатек Ю.Р. Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователям. М.: Радио и связь, 1982, с.25 5-259], содержащее последовательно соединенные накапливающий сумматор, цифроаналоговый преобразователь и фильтр низких частот, при этом первый и второй кодовые входы и тактовый вход накапливающего сумматора являются соответственно первым и вторым кодовыми входами и тактовым входом синтезатора частот. Недостатком этого устройства является наличие помех дробности, обусловленное несоответствием отсчетов фазы отсчетам амплитуды, т.е. множеству значений фазы соответствует ограниченное количество значений амплитуды. Наличие этих помех объясняет низкую спектральную чистоту выходного сигнала.
Известно также устройство по авторскому свидетельству (АС) №1363423, Н03В 19/00, SU, содержащее последовательно соединенные накапливающий сумматор, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), фильтр низких частот (ФНЧ) и преобразователь последовательности пилообразных импульсов в последовательность прямоугольных коротких импульсов. Недостатком этого устройства также является наличие значительных помех дробности при выходных частотах, близких к уменьшенному в десять и менее раз значению входной тактовой частоты (см. фиг.1, в), и, следовательно, низкую спектральную чистоту выходного сигнала.
Наиболее близким аналогом является устройство по [АС №1363423, Н03В 19/00, SU].
Для уменьшения помех дробности и улучшения спектральной чистоты выходного сигнала предложен цифровой синтезатор сигналов, содержащий: последовательно соединенные накапливающий сумматор, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), фильтр низких частот (ФНЧ) и преобразователь последовательности пилообразных импульсов в последовательность прямоугольных коротких импульсов, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные инвертор, ключ и сумматор, выход которого соединен с входом фильтра низких частот, а вход инвертора соединен с тактовым входом накапливающего сумматора, а также источник опорного напряжения, соединенный с аналоговым входом ключа.
На фиг.2 приведена схема устройства. На фиг.1 - временные диаграммы его работы.
На фиг.2 изображены:
1 - накапливающий сумматор,
2 - цифроаналоговый преобразователь,
3 - фильтр низких частот,
4 - преобразователь последовательности пилообразных импульсов в последовательность прямоугольных коротких импульсов,
5 - инвертор,
6 - ключ,
7 - сумматор,
8 - источник опорного напряжения.
Цифровой синтезатор сигналов содержит: накапливающий сумматор 1, ЦАП 2, фильтр 3 низких частот, преобразователь 4 последовательности пилообразных импульсов в последовательность прямоугольных коротких импульсов, инвертор 5, ключ 6, сумматор 7, источник опорного напряжения 8.
Синтезатор частот работает следующим образом.
Последовательность импульсов f(t) типа меандр (фиг.1, а) поступает на тактовый вход накапливающего сумматора 1. Накапливающий сумматор 1 имеет емкость b, задаваемую с помощью цифрового кода на одном из входов. Содержимое накапливающего сумматора 1 увеличивается с каждым тактом на величину а, задаваемую на другом входе. При переполнении накапливающего сумматора 1 его содержимое уменьшается на величину b. Дальнейшее приращение в следующем цикле происходит, начиная с остатка, образованного при переполнении.
Предположим, что накапливающий сумматор 1 имеет емкость b=37, увеличение суммы с каждым тактом происходит на величину а=10, при этом начальное значение кода равно 12.
Код напряжения с выхода накапливающего сумматора 1 преобразуется в ступенчатое напряжение с помощью ЦАП 2 (см. фиг.1, в - ступенчатая линия). Содержащаяся в этом напряжении высокочастотная составляющая отфильтровывается с помощью ФНЧ 3 (см. фиг.1, в - непрерывная линия). На выходе преобразователя 4 (содержащего, например, пороговое устройство и формирователь коротких импульсов по фронту) получим короткие импульсы, возникающие в моменты пересечения непрерывного сигнала (фиг.1, в) с заданным порогом (на фиг.1 не показаны). При этом колебательность линейно нарастающего напряжения говорит об изменении временного положения выходного импульса и, следовательно, об ухудшении спектральной чистоты выходного сигнала.
Инвертор 5 формирует напряжение, показанное на фиг.1, б, поступающее на управляющий вход ключа 6. В моменты времени, соответствующие высокому уровню напряжения, ключ 6 коммутирует на вход сумматора 7 значение постоянного напряжения, поступающего с источника опорного напряжения 8. В функцию сумматора 7 входит суммирование с различным весом опорного напряжения со ступенчатой функцией ЦАП2 таким образом, что добавочный импульс с выхода ключа 6 по уровню должен соответствовать половине младшего разряда ЦАП2 (см. фиг.1, г - ступенчатая линия). ФНЧ3 отфильтровывает паразитную высокочастотную составляющую ступенчатого сигнала, и в результате получается сигнал, показанный на фиг.1 г (непрерывная линия).
Как видим, колебательность линейно нарастающего напряжения существенно меньше, чем на фиг.1 в, что говорит о улучшении спектральной чистоты выходного сигнала синтезатора.
Приведенный на фиг.2 синтезатор позволяет получить в два раза больше точек в периоде формируемого сигнала и на один разряд больше, чем в ступенчатой функции на выходе ЦАП2 и, тем самым, значительно повысить спектральную чистоту формируемого сигнала.
Таким образом, введение коммутируемого источника опорного напряжения позволяет при том же быстродействии и разрядности ЦАП повысить спектральную чистоту выходного сигнала синтезатора.
Все элементы устройства могут быть выполнены на стандартной элементной базе и не имеют каких-либо особенностей, кроме источника опорного напряжения. Наилучший вариант, когда в качестве источника опорного напряжения используется вывод конечного резистора (младшего разряда) матрицы формирования разрядов ЦАП.