БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С АВТОКАЛИБРОВКОЙ

Данная полезная модель относится к области радиосвязи, радиотехнике.
На сегодняшний день известны синтезаторы частот косвенного типа с применением однокольцевых структур, обзор которых приведен в источнике Рыжков А.В., Попов В.Н. Синтезаторы частот в технике и радиосвязи. М.: Радио и связь, 1991. 265 с. Наиболее близкими аналогами (прототипами) данной полезной модели являются синтезаторы частот, структурные схемы и описания которых описано в источнике Левин В.А., Малиновский В.Н., Романов С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки частоты. - М.: Радио и связь, 1989. - 232 с. и в патенте на полезную модель №146798 от 20.10.2014 "Синтезатор частот с предварительной установкой частоты", патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова". Данный синтезатор частот содержит управляемый напряжением генератор (ГУН), делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), частотно-фазовый детектор (ЧФД), опорный генератор (ОГ), делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД), блок коммутируемой зарядовой накачки (БКЗН), блок определения синхронизма по фазе, микроконтроллер (МК), блок определения синхронизма по частоте и фильтр нижних частот.
Недостатком синтезатора частот приведенного в первых двух источниках является трудность обеспечения близкой к нулю разности фаз входных сигналов частотно-фазового детектора при реализации синтезаторов частот на современной элементной базе. Недостатком последнего синтезатора частот является отсутствие информации о значение характеристики управления перестраиваемым генератором в реальном времени при реализации режима предварительной установки частоты и оптимального управления во время переходного процесса. Изменение значений характеристики управления перестраиваемого генератора при изменении условий окружающей среды (температуре, влажности, давлении) и не обеспечение нулевой разности фаз сигналов частотно-фазового детектора приводят к снижению эффективности применения предложенных решений в реальных условиях, а именно к увеличению времени переходного процесса синтезатора частот.
Техническим результатом полезной модели является увеличение эффективности применения предварительной установки частоты и оптимального управления блоком коммутируемой зарядовой накачки в широком диапазоне изменений условий окружающей среды.
Технический результат достигается тем, что в однокольцевом синтезаторе частот, состоящем из микроконтроллера, который управляет электронным ключом, блоком коммутируемой зарядовой накачки, параметрами нелинейного фильтра и последовательно соединенных опорного генератора, делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, частотно-фазового детектора, блока коммутируемой зарядовой накачки, нелинейного фильтра низких частот и управляемого генератора, выход которого соединен с делителем частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен со вторым входом частотно-фазового детектора согласно полезной модели выход нелинейного фильтра соединен с перестраиваемым генератором и аналого-цифровым преобразователем (АЦП), выход которого соединен с микроконтроллером.
Технический результат достигается за счет того, что наличие АЦП, по сравнению с прототипом (фиг. 1), приводит к возможности оценки значений характеристики управления перестраиваемого генератора в реальном времени (в текущих условиях) и коррекций управления состоянием электронного ключа, блока коммутируемой зарядовой накачки и параметрами нелинейного фильтра, что способствует реализации данной полезной модели на современной элементной базе.
На фиг. 2 представлена структурная схема быстродействующего синтезатора частот с автокалибровкой.
Полезная модель представляет собой однокольцевой синтезатор частот, структурная схема которого представлена на фиг. 2. Данный синтезатор частот содержит последовательно соединенные опорный генератор ОГ (1), электронный ключ ЭК (2), делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД (3), частотно-фазовый детектор ЧФД (5), блок коммутируемой зарядовой накачки (6), нелинейный фильтр низких частот ФНЧ (7) с электронным ключом (7.1), выход нелинейного фильтра соединен с АЦП (10) и управляемым генератором ГУН (8), выход которого соединен с делителем частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД (4), выход делителя частоты с переменным коэффициентом деления соединен со вторым входом ЧФД, блоки 2, 3, 4, 6, 7.1, 10 соединены с микроконтроллером МК (9).
Устройство работает следующим образом.
С опорного генератора (1) сигнал поступает на один из входов электронного ключа (2), на второй вход электронного ключа (2) поступает сигнал с управляемого генератора (8). Выходные сигналы электронного ключа (2) через делитель с фиксированным коэффициентом деления (3) и делитель с переменным коэффициентом деления (4) поступают в частотно-фазовый детектор (5). Выходные сигналы ЧФД (5) поступают в блок коммутируемой зарядовой накачки (6), откуда сигнал поступает на нелинейный фильтр (7), сигнал нелинейного фильтра поступает в АЦП (10) и управляемый генератор (8). Во время переходного процесса электронный ключ (2) разомкнут, электронный ключ (7.1) замкнут, осуществляется управление блоком коммутируемой зарядовой накачки микроконтроллером (9), тем самым достигается предварительная установка частоты. Затем происходит размыкание ключа (7.1) сброс двух делителей частоты (3 и 4), замыкание электронного ключа (2) и естественный захват по частоте. В время удержания частоты сигнала ГУН (8) происходит измерение напряжения с выхода нелинейного фильтра (7) аналого-цифровым преобразователем (10). Измеренное значение напряжение с фильтра сохраняется в МК (9) и используется для коррекции управления переходным процессом синтезатора частот при следующем запросе на изменение частоты сигнала ГУН (8).
Использование предлагаемых технических решений позволяет создать прецизионные синтезаторы частоты с низким уровнем фазовых флуктуаций и высоким быстродействием.
Теоретически установлено, что предлагаемый вариант автокалибровки позволяет обеспечить высокое быстродействия синтезатора частот в широком диапазоне температур (-65…85°).
Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на современной электронной компонентной базе.