ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ

ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в радиоприемной и радиопередающей технике в качестве устройства формирования сетки частот.
Известны цифровые синтезаторы частот, содержащие последовательно соединенные блок задания частоты, накопительный сумматор, преобразователь кодов, цифро-аналоговый преобразователь и фильтр нижних частот 1. При этом блок задания частоты выполняется в виде регистра накопителя, накопительный сумматор - в виде сумматора по модулю два, преобразователь кодов - в виде постоянного запоминающего устройства хранения значений выборок синтезируемого колебания. Синхронизация работы цифровых устройств, содержащихся в цифровых синтезаторах частот, осуществляется с помощью генератора тактовых импульсов.
Недостатком является высокий уровень побочных дискретных составляющих в спектре выходного сигнала.
Из известных решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому является цифровой синтезатор частот, содержащий накопительный сумматор, соединенный со входом преобразователя кодов, разрядный выход старших разрядов которого подключен к одному из входов сумматора, генератор случайных чисел и последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, при этом другой вход сумматора соединен с генератором случайных чисел, а выход - подключен ко входу цифроаналогового преобразователя 2.
МПК6НОЗВ 19/00
Недостатком является низкая эффективность подавления побочных дискретных составляющих и узкий диапазон рабочих частот.
Технической задачей является обеспечение снижения уровня побочных дискретных составляющих в спектре выходного сигнала цифрового синтезатора частот без ухудшения частотных характеристик.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в известный цифровой синтезатор частот, содержащий блок задания частоты, соединенный с накопительным сумматором, выход которого подключен ко входу преобразователя кодов, цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с разрядным выходом старших разрядов преобразователя кодов, и фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу цифро-аналогового преобразователя, введены последовательно соединенные генератор случайных чисел, компаратор, генератор импульсов младшего разряда и сумматор, при этом разрядный выход младших разрядов преобразователя кодов соединен с другим входом компаратора, выход цифро-аналогового преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов младшего разряда, а выход - со входом фильтра нижних частот.
Существо полезной модели поясняется чертежом, где представлена структурная электрическая схема цифрового синтезатора частот.
Цифровой синтезатор частот содержит блок задания частоты 1, соединенный с накопительным сумматором 2, выход которого подключен ко входу преобразователя кодов 3, цифро-аналоговый преобразователь 4, соединенный с разрядным выходом старших разрядов преобразователя кодов 3, последовательно соединенные генератор случайных чисел 7, компаратор 8 и генератор импу.11ьсов младшего разряда 9, сумматор 5 и фильтр нижних частот 6, при этом разрядный выход младших разрядов преобразователя кодов 3 соединен с другим входом
компаратора 8, выход цифро-аналогового преобразователя 4 соединен с первым входом сумматора 5, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов младшего разряда 9, а выход - со входом фильтра нижних частот 6.
Цифровой синтезатор частот работает следующим образом.
На управляющий вход накопительного сумматора 2 с выхода блока задания частоты 1 поступает R-разрядный двоичный код задания синтезируемой частоты k, пропорциональный отношению синтезируемой fc и тактовой fr частот (k Kfc/fT, ). С частотой тактовых импульсов fr в накопительном сумматоре 2 вычисляется текущая фаза синтезируемого колебания. С помощью преобразователя кодов 3 код фазы преобразуется в N-разрядный код синтезируемого колебания. Мразрядный код () с выхода старших разрядов преобразователя кодов 3 поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 4, а (NМ)-разрядный код с выхода младщих разрядов преобразователя кодов 3 - на первый вход компаратора 8, на второй вход которого поступает (Ы-М)-разрядный код от генератора случайных чисел 7.
Генератор случайных чисел 7 с тактовой частотой fr формирует случайные числа х в диапозоне ) Q равномерным законом распределения плотности вероятности случайных чисел. В компараторе 8 осуществляется сравнение (Н-М)-разрядного кода, поступающего с выхода преобразователя кодов 3, и (Н-М)-разрядного кода, поступающего с выхода генератора случайных чисел 7, по следующему алгоритму: на выходе компаратора 8 сигнал равен нулю, если значение кода числа, поступающего с выхода генератора случайных чисел 7 больше значения кода числа, поступающего с выхода преобразователя кодов 3; на выходе компаратора 8 сигнал равен единице, если значение
кода числа, поступающего с выхода генератора случайных чисел 7 меньше или равно значению кода числа, поступающего с выхода преобразователя кодов 3. Генератор импульсов младшего разряда 9 из сигнала двоичного уровня формирует последовательность импульсов с тактовой частотой fr и амплитудой, равной весу младшего разряда цифро-аналогового преобразователя 4 2-.
Цифро-аналоговый преобразователь 4 преобразует М-разрядный код синтезируемого колебания в сигнал прямоугольной формы, который поступает на первый вход сумматора 5, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора импульсов младшего разряда 9. Для выделения первой гармоники синтезируемого колебания сигнал с выхода сумматора 5 поступает на вход фильтра нижних частот 6.
Процесс формирования выходного колебания цифрового синтезатора частот связан с округлением значений выборок синтезируемого колебания. Если значение выборки синтезируемого колебания на выходе преобразователя кодов 3 определяется N-разрядным кодом, а для цифро-аналогового преобразователя 4 используется только Мразрядный выход старших разрядов преобразователя кодов 3, то (NМ)-разрядный выход младших разрядов преобразователя кодов 3 образует функцию отклонений  формы синтезируемого колебания от идеальной, которая распределена в диапозоне 0  2(N-M).
Генератор случайных чисел 7 с тактовой частотой fr формирует случайные числа х из равномерно распределенного ряда в диапозоне (N-M) в каждый тактовый момент времени в компараторе 8 происходит сравнение чисел  и х. В случае, когда х  на выходе компаратора 8 и генератора импульсов младшего разряда 9 присутствует сигнал нулевого уровня, на выходе сумматора 5 стохастизированная функция отклонений принимает значение
При х на выходе компаратора 8 присутствует сигнал единичного уровня, генератор импульсов младшего разряда 9 формирует импульс с амплитудой 2-, на выходе сумматора 5 стохастизированная функция отклонений
Вероятность того, что на выходе компаратора 8 присутствует сигнал нулевого и единичного уровней
среднее значение стохастизированной функции отклонений на выходе цифрового синтезатора частот (среднее значений стохастизированной функции отклонений, взятых в тактовые моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал времени, равный периоду повторения синтезируемого колебания)
,р(0)+,р(1)  0. Дисперсия стохастизированной функции отклонений
;р(0)(1)  (.
Это свидетельствует об отсутствии побочных дискретных составляющих в спектре выходного колебания цифрового синтезатора частот, связанных с ненулевым средним значением функции отклонений и наличии шума стохастизации, связанного с ненулевым значением дисперсии стохастизированной функции отклонений.
Оценка отношения спектральной плотности мощности шума стохастизации на частоте синтезируемого колебания fc к мощности основной гармоники выходного колебания синтезатора частот в полосе 1Гц, полученная в результате спектрального анализа колебания на выходе
а-2-.-Ч.
р(0)1P(.
цифрового синтезатора частот с помощью спектральнокорреляционной теории периодически нестационарных случайных процессов 3,
S(,;fc)
-10(2M+l)lg2-101gfT.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.
1.J.Tirney, С.М.Radar, and B.Gould, А Digital Frequency Synthesizer. IEEE Trans, on Audio Electroacoust., AU-19, March 1971, pp.43-56.
2.V.S.Reinhardt, K.V.Gould, and K.M.McNab, Randomized Digital/Analog Converter Direct Digital Synthesizer, U.S.Patent, 5.014.231, May 7, 1991.
3.В.Н.Кулешов, Разработка и применение системы методов прикладного анализа флуктуации в источниках колебаний. Дисс. докт. техн. наук., МЭИ, Москва, 1988.