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 тактовый генератор, 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, выход тактового генератора подключен к тактовым входам блока задания частоты, накопительного сумматора и преобразователя кодов.
Недостатком является высокий уровень побочных дискретных составляющих в спектре выходного сигнала, что ограничивает область применения цифрового синтезатора частот.
Из известных решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому является цифровой синтезатор частот, содержащий тактовый генератор, формирователь отсчетов синтезируемого сигнала, формирователь шумового сигнала с ограниченным спектром, сумматор кодов, регистр памяти, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр нижних частот 2.
Недостатком является низкая эффективность подавления побочных дискретных составляющих.
МПК6НОЗВ19/00
Технической задачей является повышение спектральной чистоты выходного сигнала цифрового синтезатора частот.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в известный цифровой синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные блок задания частоты, накопительный сумматор, преобразователь кодов, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр нижних частот, тактовый генератор, выход которого соединен с тактовыми входами блока задания частоты, накопительного сумматора и преобразователя кодов, введены последовательно соединенные делитель частоты, генератор случайных чисел и сумматор, при этом разрядный выход преобразователя кодов соединен с другим входом сумматора, выход которого соединен со входом цифро-аналогового преобразователя, а выход тактового генератора соединен со входом делителя частоты.
Существо полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная электрическая схема цифрового синтезатора частот, на фиг. 2 изображены временные диаграммы, поясняющие работу синтезатора частот, на фиг. 3 представлены результаты экспериментального исследования выходного спектра цифрового синтезатора частот.
Цифровой синтезатор частот содержит тактовый генератор 1, блок задания частоты 2, соединенный со входом накопительного сумматора 3, выход которого подключен ко входу преобразователя кодов 4, последовательно соединенные делитель частоты 5, генератор случайных чисел 6, сумматор 7, цифро-аналоговый преобразователь 8 и фильтр нижних частот 9, при этом выход тактового генератора 1 подключен к тактовым входам блока задания частоты 2, накопительного сумматора 3, преобразователя кодов 4 и ко входу делителя частоты 5,
второй вход сумматора 7 соединен с выходом преобразователя кодов 4.
Цифровой синтезатор частот работает следующим образом.
На управляющий вход накопительного сумматора 3 с выхода блока задания частоты 2 поступает R -разрядный двоичный код задания синтезируемой частоты k, пропорциональный отношению синтезируемой/с и тактовой/т частот (k Kfc/fT, К . С частотой тактовых импульсов /т в накопительном сумматоре 3 вычисляется текущая фаза синтезируемого колебания. С помощью преобразователя кодов 4 код фазы преобразуется в Л-разрядный код синтезируемого колебания, который затем в сумматоре 7 суммируется с Л -разрядным кодом случайных чисел, поступающих с выхода генератора случайных чисел 6.
Синхронизация работы блока задания частоты 2, накопительного сумматора 3 и преобразователя кодов 4 осуществляется с помощью тактового генератора 1, выход которого соединен с тактовыми входами блока задания частоты 2, накопительного сумматора 3 и преобразователя кодов 4.
С помощью делителя частоты 5 последовательность тактовых импульсов с частотой/т, поступающая с выхода тактового генератора 1, преобразуется в последовательность тактовых импульсов с частотой /дч, которая поступает на тактовый вход генератора случайных чисел 6 {/дч /1/К}. Генератор случайных чисел 6 с частотой /дч формирует случайные числа в диапазоне от О до  с равномерным законом распределения плотности вероятности.
Цифровая последовательность кодов сумматора 7 преобразуется в аналоговый сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя 8. Для подавления нежелательных продуктов дискретизации сигнал с выхода цифро-аналогового преобразователя 8 поступает на вход фильтра нижних частот 9.
Реальным цифро-аналоговым преобразователям присущи такие явления, как переходные процессы, связанные с конечным временем установления аналогового сигнала, и выбросы (глитчи) напряжения или тока на выходе преобразователя, возникающие при смене цифрового кода на его входе.
При формировании колебания синусоидальной формы глитчи на выходе цифрового синтезатора частот носят периодический характер. Максимальный период повторения глитчей равен периоду синтеза Т цифрового синтезатора частот (). Следствием периодичности глитчей является возникновение дискретных побочных составляющих в спектре выходного колебания цифрового синтезатора частот.
Уменьшить уровень побочных дискретных составляющих можно за счет введения стохастического изменения параметров глитчей, в результате которого разрущается периодическая структура глитчей и происходит размывание или равномерное распределение энергии побочных дискретных составляющих в полосе частот синтезатора.
В полезной модели на входе цифро-аналогового преобразователя осуществляется добавление случайных чисел, постоянных в пределах периода синтеза. Максимальная величина случайных чисел равна максимальной величине синтезируемого колебания.
Таким образом осуществляется изменение постоянного уровня синтезируемого колебания по случайному закону через каждый период синтеза (см. временные диаграммы нормированного выходного колебания цифрового синтезатора частот, показанные на фиг. 2, а) и обеспечивается случайный характер возникновения глитчей в пределах периода синтеза при неизменном их количестве (см. временные диаграммы глитчей цифро-аналогового преобразователя, изображенные на фиг. 2, б - фиг. 2, г). Это гарантирует отсутствие побочных дискретных составляющих, связанных с наличием глитчей на выходе
цифро-аналогового преобразователя, в выходном спектре цифрового синтезатора частот при наличии сплошной части спектра.
Экспериментальное исследование выходного спектра цифрового синтезатора частот проведено с помощью компьютерной модели, отражающей реальные переходные процессы на выходе цифрового синтезатора частот. В модели учитывались динамические свойства цифроаналогового преобразователя типа AD9732 с энергией глитчей ,6nB-c.
Спектральные диаграммы получены для цифрового синтезатора частот, работающего с тактовой частотой/т 200 МГц и шагом сетки частот ,l кГц. Диаграммы, изображенные на фиг. 3, а, соответствуют частоте синтеза/с(5,25 МГц, на фиг. 3, б ,5 МГц. На фиг. 3 пунктирной линией показан спектр побочных дискретных составляющих известного цифрового синтезатора частот.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.
1.Tirney J., Radar С.М., and Gould В. A Digital Frequency Synthesizer // IEEE Trans, on Audio Electroacoust. 1971, Vol. AE-19, № 3. P. 4356.
2.A.c. 1720142 СССР, МПК 6 H 03 В 19/00. Опубл. в Б. И. №10, 1992г.