ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к радиотехнике и может использоваться в качестве возбудителя передатчш с частотной модуляцией.
Известен цифровой синтезат) частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией (ЧМ), построенный на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД) в цепи обратной связи, в котором модулирующий сигнал подается на второй (модулирующий) вход )по равляемого генератора (см. патент США №4110707, Н 03 С 3/10,1978). В таком ЦСЧ можно получить на выходе частотно-модулированный сигнал с практически неограниченной сверху по частоте полосой модуляции. Недостаток его состоит в ограничении снизу диапазона модулируюпщх частот из-за действия обратной связи в кольце ИФАПЧ.
Модуляция управляемого генератора (УГ) по его модулирующему входу воспринимается кольцом ИФАПЧ как внешнее возмущение, которое по цепи отрицательной обратной связи отрабатывается в сторону его уменьшения. Эта реакция на модулирующее возмущение происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой фильтром нижних частот (ФНЧ). Для расширения диапазона прохождения модулирующих частот в сторону низких частот необходимо сужать полосу пропускания кольца ИФАПЧ. Для этого нужно выбирать ФПЧ на выходе импульсно-фазового детектора более инерционным, что приводит к снижению быстродействия ЦСЧ с ЧМ.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является «Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией по а.с. СССР JV 1252909, П 03 С 3/10, П 03 L 7/18, опублик. 23.08 1986 г., принятый за прототип. В этом синтезаторе для формирования частотно-модулированного сигнала в широкой полосе модулирзлющих частот используется двухточечный способ, когда модулирз ющий сигнал поступает на модулирующий вход УГ и одновременно через управляемый аттенюатор, инвертор и интегратор на модулирующий вход импульсно-фазового модулятора, включенного между выходом ДПКД и импульсно-фазовым детектором.
Па фиг. 1 приведена блок-схема устройства-прототипа, где обозначено:
1- управляемый генератор (УГ),
2- делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД),
3- импульсно-фазовый модулятор (ИФМ),
4- импульсно-фазовЕш детектор (ИФД),
8- источник модулирующего сигнапа (ИМС),
9- заправляемый аттенюатор (УА),
10- инвертор,
11- интегратор,
12- блок установки выходной частоты (БУЧ),
В устройстве-прототипе для выделения разности двух сравниваемых потоков импульсов используется импульсно-фазовый детектор 2. Эту функцию в настоящее время с высоким эффектом выполняет частотно-фазовый детектор (ЧФД), который является разновидностыо импульсно-фазовых детекторов и в основном применяется в составе микросхем цифрового синтезатора частот.
При двухточечной модуляции по этому способу импульсы на выходе Д11КД5 будут промодулировны по фазе в соответствии с модулирующим сигналом, поступающим с выхода источника модулирующего сигнала 8 на управляемый генератор 1. Р1мЕульсно-фазовый модулятор 3, включенный после ДПКД2, осуществляет о штную модуляцию фазы промодулированных импульсов в соответствии с изменением частоты УГ1 от информационного (модулирующего) сигнала. Поэтому на ИФД4 поступают уже не модулированные по фазе импульсы, как в режиме синхронизма без модуляции. Тогда на выходе ИФД4 не будет импульсного сигнала ошибки от модуляции и, следовательно, не будет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение.
При этом имеется принципиальная возможность пропустить в ЦСЧ модулирующий сигнал в широкой полосе частот без искажений и с сохранением такого же быстродействия, как в ЦСЧ без модуляции, поскольку выбор ФНЧ5 теперь уже практически не зависит от условия прохождения заданной полосы модулирующих частот.
Однако введение второй точки модуляции на основе импульснофазового модулятора в опорном канале приводит к ухудшению кратковременной стабильности частоты несущего колебания ЧМФСЧ, что связано с влиянием дестабилизирующих факторов на ИФМ (помех от наводок, изменение характеристик при воздействии температурных перепадов и т.д.). В результате увеличивается фазовая нестабильность импульсов на выходе ИФМ, что приводит к паразитной частотной модуляции выходного сигнала ЦСЧ и возникают нелинейные искажения модулированного сигнала.
Устранение указанных недостатков достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий последовательно соединенные онорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления, первый частотно-фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого соединен со вторым входом первого частотно-фазового детектора, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала, управляемый аттенюатор, инвертор и интегратор, блок установки выходной частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления и управляющим входом управляемого аттенюатора. При этом второй вход управляемого генератора соединен с выходом источника модулирующего сигнала.
введены последовательно соединенные второй частотно-фазовый детектор, второй фильтр нижних частот, первый сумматор и второй сумматор, последовательно соединенные индикатор синхронизма и ключ, выход которого соединен с модулирующим входом импульсно-фазового модулятора, а сигнальный вход с выходом сумматора. При этом вход индикатора синхронизма соединен с выходом первого частотно-фазового детектора, вторые входы первого и второго сумматоров соединены с выходом интегратора, первый вход второго частотнофазового детектора соединен с выходом импульсно-фазового модулятора, а второй вход - с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления.
Существенным отличием предложенного ЦСЧ с ЧМ является то, что с помощью введенных новых узлов, объединенных соответствующими связями с остальными элементами схемы синтезатора, осуществляется автоматическая компенсация влияния дестабшгазирз ющих факторов на импульсно-фазовый модулятор (ИФМ). При этом повышается кратковременная стабильность несущего колебания ЦСЧ (снижается уровень п азитной частотной модуляции) и уменьшаются нелинейные искажения модулированного сигнала.
В предложенном ЦСЧ с ЧМ по цепи отрицательной обратной связи отрабатываются (уменьшаются) фазовые набеги и флуктуации фазы импульсов на выходе ИФМ, вызванные воздействием помех от наводок сети, мощных оконечных каскадов передатчика, а также из-за изменений модуляционной характеристики ИФМ при изменении температуры окружающей среды, старении элементов и т.д.
Технические решения со сходными признаками и свойствами заявителю не известны. Следовательно, можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение обладает существенным отличием.
На фиг.2 приведена блок-схема предлагаемого устройства.
Цифровой синтезагор частот с частотной модуляцией содержит последовательно соединенные опорный генератор ОГ1, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления ДФКД2, первый частотно-фазовый детектор ЧФД 3, первый ФНЧ4, управляемый генератор УГ5, делитель частоты с переменным коэффициентом деления ДПКДб и импульсно-фазовый модулятор ИФМ7, выход которого соединен со вторым входом первого ЧФДЗ, последовательно соединенные источник модулирующего сигнала ИМС8, управляемый аттенюатор УА9, инвертор ИНВЮ и интегратор ИНГИ, блок установки частоты БУЧ 12, выход которого соединен с установочным входом Д11КД6 и управляющим входом УА9, при этом второй (модулирующий) вход УГ5 соединен с выходом ИМС8, последовательно соединенные второй ЧФД 13, второй ФНЧ14, первый сумматор СУМ 15 и второй сумматор СУМ 16, последовательно соединенные индикатор синхронизма ИС17 и ключ Кл18, выход которого соединен с модулирзшзщим входолйФМ, а сигнальвый вход - с выходом второго СУМ 16. При этом вход индикатора синхронизма ИС17 соединен с выходом первого частотно-фазового детектора ЧФДЗ, вггсфые входы первого СУМ15 и второго СУМ16 соединены с выходом интегратора ИНТ11, первый вход второго ЧФД 13 соединен с выходом ИФМ7, а «горой вход - с выходом ДПКДб.
Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.
После установления режима сишфонизма в кольце ИФАПЧ при подаче модулирующего напряжения от ИМС8 на модулирующий вход УГ5 происходит его частотная модуляция. При этом импульсы на выходе Д11КД6 будут промодулированы по фазе в соответствии с модуляцией УГ5 информационным сигналом от ИМС8 и поступят на сигнальный вход ИФМ7. Для компенсации этой реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ5 модулирующий сигнал от ИМС8 одновременно подается через УА9, ИНВ10 и интегратор ИНТ 11 на вторые входы первого сумматора CYM15 и второго СУМ 16, с выхода которого через ключ Кл18 (от1фытый в режиме синхронизма по сигналу от индикатора синхронизма ИС17) поступает на модулирзпюпщй вход ИФМ7. В импульсно-фазовом модуляторе ИФМ7 происходит обратная модуляция фазы импульсов, поступивших с выхода ДПКД6, так, что на выходе ИФМ7 формируются импульсы уже без фазовой модуляции как в режиме синхронизма без подачи модулирующего сигнала. Эги не модулированные по фазе импульсы поступают на первый вход первого ЧФДЗ, на второй вход которого приходят опорные импульсы с выхода ДФКД2, образующиеся в результате деления опорной частоты с ОГ1 на коэффициент деления R в ДФКД2. В результате этих импульсов по фазе на выходе первого ЧФДЗ не формируется сигнал опшбки от модуляции и, следовательно, исключается реакция кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ5.
Однако из-за воздействия дестабилизирующих факторов в виде различных наводок на ИФМ7, а также влияния изменения температуры на характеристики ИФМ7 происходит ухудщение кратковременной стабильности на выходе ЦСЧ (т.е. увеличивается паразитная частотная модуляция ПЧМ выходного сигнала) и увеличиваются нелинейные искажения модулированного сигнала.
Таким образом, на выходе ИФМ7 присутствует п азитная фазовая модуляция фе из-за воздействия дестабшшзируюпщх факторов.
Импульсы с выхода ИФМ7 с паразитной фазовой модуляцией Фе поступает на первый вход второго ЧФД13, на второй вход которого поступают модулированные по фазе импульсы с выхода Д11КД6. При этом на выходе второго ЧФД13 образуется сигнал ощибки и на выходе второго ФПЧ14 из этого сигнала ошибки формируется напряжение, соответствующее фазовой ошибке (-Фе + Фм), которое поступает на первый вход первого СУМ15. Па второй вход первого СУМ15 с выхода инвертора ИНВ10 через интегратор ИПТ11 поступает модулирующее напряжение, пропорциональное (- срм). В результате линейного сложения этих сигналов на выходе первого СУМ15 образуется сигнал, соответствующий только (- Фе), так как фе+ фм- Фм - Фе- С выхода первого СУМ15 это напряжение ощибки, соответствующее - фе, поступает на первый вход второго СУМ16, на второй вход которого с выхода ИПТ11 поступает модулирующий сигнал, изменяюпщйся по закону - фм. В результате алгебраического сложения этих сигналов на выходе второго СУМ16 формируется управляющее напряжение, изменяющееся по закону (- фм - фе), которое поступает на модулирующий
вход ИФМ7, т.е. поступает противофазный модулирующий сигнал с предискажением. Это пред искажение в соответствии с (- фм - ФЕ) полностью компенсирует модуляцию импульсов в ИФМ7, т.е. на выходе ИФМ7 получается - фе - Фм
+ Ф8+ФМ 0.
Таким образом, на выходе ИФМ7 сформируются импульсы, у которых не будет как паразитной модуляции фе, так и модуляции фазы фм от информационного сигнала, т.е. как в режиме синхронизма и без паразитных фазовых флуктуации.
В переходном режиме при переключении частот синтезатора по сигналу от БУЧ12, когда разность фаз на входах первого ЧФДЗ превышает заранее установленную максимальную величину, от выходного сигнала первого ЧФДЗ срабатывает индикатор синхронизма ИС17 и на его выходе формируется запрещающий сигнал, котсфый поступает на управляющий вход ключа Кл18. В результате этого ключ Кл18 за1фывается и в кольце ИФАПЧ происходит обьшная подстройка частоты синтезатора. Причем быстродействие ЦСЧ при этом определяется только первым ФНЧ4, инерционность которого выбирается из этих условий независимо от полосы модулирующих частот.
Как только в системе ИФАПЧ после переключения частот установится режим синхронизма, с выхода ИС17 на управляющий вход Кл18 поступит разрещающий сигнал и вспомогательный контур автокомпенсации паразитных фазовых искажений на выходе ИФМ7 опять включится в работу, а при подаче модулирующего напряжения будет осуществляться полная компенсация реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие по УГ5.
Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые узлы типовые. Второй ЧФД13 может бьггь выполнен также, как и первый ЧФДЗ, который широко применяется в ЦСЧ. Ключ может быть выполнен на основе микросхемы 564КТЗ. Индикатор синхронизма представляет собой амплитудный детектор с заранее установленным порогом срабатывания, который также широко применяется в ЦСЧ. Сумматоры могут быть выполшены на основе операщюнных усилителей (например, на микросхеме 140УД20).
Таким образом, применение предлагаемого цифрового синтезатора частот с частотной модуляцией позволяет ослабить влияние дестабилизирующих факторов ИФМ на кратковременную стабильность несущего колебания ЛЦСЧ и з еньшить искажения модулированного сигнала.