СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ
FREQUENCY SYNTHESISER

Область техники
Изобретение относится к области измерительной техники, радиолокации и связи.
Предшествующий уровень техники
Известен синтезатор частот с цифровой ФАПЧ (Chenakin A. Frequency Synthesizers: Concept to Product 2011 г., 152 с.), который включает в себя частотно-фазовый детектор, делитель частоты с дробным переменным коэффициентом деления в N раз, фильтр сигнала управления и управляемый генератор.
Недостатками данной схемы являются высокий уровень шумов, обусловленный ЧФД, и низкое частотное разрешение из-за небольших значений K до 25, реализуемых в микросхемах и дающих разрешение около 3-6 Гц при минимальном уровне фазовых шумов.
Известен однопетлевой синтезатор с преобразованием частоты в обратной связи (Chenakin A. A compact, agile, low-phase-noise frequency source with AM, FM and pulse modulation capabilities, 2009 г., 2 с.), который улучшает спектральную чистоту выходного сигнала и частотное разрешение заменой делителя частоты на преобразователь частоты и введением умножителя частоты и цифрового вычислительного синтезатора, обладающего наилучшим на сегодняшний день частотным разрешением.
Недостатками данного решения являются существенное энергопотребление и большие габариты устройств.
Сущность изобретения
Основная техническая задача данного изобретения состоит в создании синтезатора частот с низким энергопотреблением.
Основным техническим результатом предлагаемого решения является повышение частотного разрешения и спектральной чистоты выходного сигнала и уменьшение габаритов устройства.
Основной технический результат достигается тем, что в синтезаторе частот, включающем опорный генератор, выход которого соединен с умножителем частоты, преобразователь частоты, делитель частоты, выход которого соединен с входом частотно-фазового детектора, выход которого соединен с входом фильтра сигнала ошибки, выход которого соединен с входом управляемого генератора, согласно предложенному решению выход умножителя частоты соединен с входом дополнительного умножителя частоты, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с опорным входом частотно-фазового детектора, причем частоты управляемого генератора и опорного генератора связаны соотношением
<mrow><mi>F</mi><mi>У</mi><mi>Г</mi><mo>=</mo><mi>N</mi><mo>⋅</mo><mi>K</mi><mo>⋅</mo><mi>R</mi><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mi>О</mi><mi>Г</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>±</mo><mstyle scriptlevel="+1"><mfrac><mn>1</mn><mi>M</mi></mfrac></mstyle></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow>
где
N - переменный коэффициент деления делителя частоты;
Fуг - частота управляемого генератора;
M - коэффициент умножения умножителя частоты;
Fог - частота опорного генератора;
K - коэффициент умножения частоты дополнительного умножителя частоты;
R - коэффициент деления делителя частоты.
Целесообразно делитель частоты и частотно-фазовый детектор выполнять в виде единой интегральной схемы.
Краткое описание чертежей
На рисунке представлена блок-схема синтезатора частот.
Синтезатор частот состоит из опорного генератора 1, выход которого соединен с входом умножителя частоты высокой кратности 2, выход которого соединен с входом дополнительного умножителя частоты 3 и с первым входом преобразователя частоты 4. Выход дополнительного умножителя частоты 3 соединен с входом делителя частоты 5, выход которого соединен с опорным входом частотно-фазового детектора 6. Выход преобразователя частоты 4 соединен с входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления 7, выход которого соединен с другим входом частотно-фазового детектора 6. Выход частотно-фазового детектора 6 соединен с фильтром сигнала ошибок 8, выход которого соединен с входом управляемого генератора 9. Второй вход преобразователя частоты 4 соединен с выходом управляемого генератора 9. Делители частоты 5, 7 и частотно-фазовый детектор 6 выполнены в виде единой интегральной схемы.
Осуществление изобретения
Сигнал с выхода умножителя частоты 2 разделяется по мощности и поступает на вход дополнительного умножителя частоты 3 и на вход преобразователя частоты 4. Выходной сигнал умножителя частоты 3 поступает на вход делителя частоты 5 с дробным переменным коэффициентом деления, определяемым по формуле
<mrow><mi>N</mi><mo>=</mo><mi>I</mi><mi>N</mi><mi>T</mi><mo>+</mo><mstyle scriptlevel="+1"><mfrac><mrow><mi>F</mi><mi>R</mi><mi>A</mi><mi>C</mi></mrow><mrow><mi>M</mi><mi>O</mi><mi>D</mi></mrow></mfrac></mstyle></mrow>
Где
N - значение коэффициента деления делителя частоты;
INT - программируемая целая часть коэффициента деления N;
FRAC и MOD - программируемые числа, определяющие дробную часть коэффициента деления N.
Выходной сигнал делителя частоты 5 поступает на опорный вход частотно-фазового детектора 6. На второй вход преобразователя частоты 4 поступает сигнал управляемого генератора 9. С выхода преобразователя частоты снимается сигнал разностной частоты и поступает на вход делителя частоты с переменным коэффициентом деления 7, выходной сигнал которого поступает на второй вход частотно-фазового детектора 6. Частотно-фазовый детектор вырабатывает сигнал ошибки, пропорциональный фазовому рассогласованию между сигналами на его входах. Этот сигнал после фильтрации фильтром сигнала ошибки 8 поступает на вход управления частотой управляемого генератора 9. Частоты управляемого генератора 9 и опорного генератора 1 связаны соотношением
<mrow><mi>F</mi><mi>У</mi><mi>Г</mi><mo>=</mo><mi>N</mi><mo>⋅</mo><mi>K</mi><mo>⋅</mo><mi>R</mi><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mi>О</mi><mi>Г</mi><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>±</mo><mstyle scriptlevel="+1"><mfrac><mn>1</mn><mi>M</mi></mfrac></mstyle></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
при этом частотное разрешение равно
<mrow><mi>Δ</mi><mi>F</mi><mi>У</mi><mi>Г</mi><mo>=</mo><mstyle scriptlevel="+1"><mfrac><mrow><mi>N</mi><mo>⋅</mo><mi>K</mi><mo>⋅</mo><mi>R</mi><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mi>О</mi><mi>Г</mi></mrow><mrow><mi>M</mi><mi>O</mi><mi>D</mi><mo>⋅</mo><mi>M</mi></mrow></mfrac></mstyle></mrow>
<mrow><mstyle scriptlevel="+1"><mfrac><mrow><mi>M</mi><mo>⋅</mo><mi>K</mi></mrow><mi>N</mi></mfrac></mstyle><mo>≤</mo><mn>1</mn></mrow>
<mrow><mi>R</mi><mo>≪</mo><mi>N</mi></mrow>
<mrow><mstyle scriptlevel="+1"><mfrac><mi>N</mi><mi>R</mi></mfrac></mstyle></mrow>
При режиме работы частотно-фазового детектора 5
,
, что позволяет улучшить частотное разрешение в
раз по сравнению с синтезатором с делителем частоты с дробным переменным коэффициентом деления частоты в обратной связи.