ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

ЦИФРОВОЙ СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ С ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ.
Нолезная модель сггносится к радиотехнике и может использоваться в качестве возбудителя передатчика с частотной модуляцией и гетеродина приёмника без подачи модулирующего сигнала.
Известен цифровой синтезатор частот (ЦСЧ) с частотной модуляцией, построенный на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАГТЧ) с делителем частоты с переменным коэффициентом деления (ДНКД) в цепи обратной связи, в котором для получения модулированного по частоте сигнала на выходе синтезатора используется способ введения модулирующего сигнала через интегратор на вход импульсно-фазового модулятора (ИФМ), включенного в опорном канале между делителем частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) и импульсно-фазовым детектором (см. Д. Н. Шапиро, А. А. Наин Основы теории синтеза частот, 1981, стр. 227). Достоинством такого способа введения частотной модуляции является возможность прохождения весьма низких модулирующих частот.
Недостаток этого ЦСЧ заключается в ограничении полосы модуляции сверху величиной частоты среза в кольце ИФАПЧ, обусловленной в основном фильтром нижних частот (ФНЧ) на выходе импульсно-фазового детектора (ИФД). Нричем частота среза этого ФНЧ зависит от частоты сравнения на опорном входе ИФД - чем ниже частота сравнения, тем ниже частота среза, при этом частота сравнения определяется заданным шагом сетки частот. Ноэтому при мелком шаге сетки частот происходит значительное ограничение сверху диапазона прохождения модулирующих частот в выходном сигнале синтезатора.
Известен ЦСЧ с частотной модуляцией, построенный на основе кольца ИФАНЧ с ДПКД в цепи обратной связи, в котором модулирующий сигнал поступает на второй (модулирующий) вход управляемого генератора (см. патент США № 4110707, Н 03 С 3/10, 1978). В таком синтезаторе можно получить на выходе модулированный сигнал с практически неограниченной сверху полосой модулируюпщх частот. Недостаток его состоит в ограничении снизу полосы модуляции из-за действия обратной связи в системе ИФАНЧ. Модуляция по второму входу управляемого генератора (УГ) воспринимается кольцом ИФАНЧ как внешнее возмущение, которое по цепи обратной связи отрабатывается в сторону его уменьшения. Это уменьшение происходит в полосе пропускания кольца ИФАПЧ, определяемой ФНЧ, т.е. на нижних частотах. Ноэтому для расширения полосы модуляции в область нижних частот необходимо сужать полосу пропускания ФНЧ, т. е. делать его более ршерционным, что приводит к снижению быстродействия ЦСЧ.
М.КлЛНОЗСЗ/10 Н 03 L 7/18
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЦСЧ с частотной модуляцией (ЧМ), в котором для преодоления этого противоречия и формирования модулированного в широкой полосе частот сигнала используется комбинированный двухточечный способ, объединяющий первые два, когда модулирующий сигнал подается по двум каналам одновременно на модулирующий вход УГ и через интегратор на вход ИФМ, включенного в опорном тракте между ДФКД и ИФД (см. а. с. СССР № 919040, Н 03 С 3/10, Н 03 L 7/16,1982).
При двухточечной модуляции по этому методу с помощью ИФМ импульсы на опорном входе ИФД должны быть промодулированны по фазе так же, как импульсы после ДФКД. Тогда на выходе ИФД не будет импульсного сигнала ошибки от модулящ1и и, следовательно, не будет реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее возмущение. Другими словами, кольцо ИФАГТЧ как бы разомкнуто по модуляции. При этом имеется принципиальная возможность пропустить в ЦСЧ модулирующий сигнал в пшрокой полосе частот без искажений и с сохранением высокого быстродействия.
Однако практически такая возможность реализуется не полностью, что приводит к дополнительным искажениям и объясняется следующим.
Во-первых, особенность фазовой модуляции в ЦСЧ состоит в том, что так называемое несущее колебание представляет собой поток коротких импульсов со скважностью  и более. Например, при частоте сравнения  (период  мсек), длительность импульсов, сравниваемых в ИФД, т«1 мсек, т. е. в 1000 раз меньше периода Т. В то же время компенсирующий сигнал аналоговый, изменяющийся в широком диапазоне модулирующих частот. При этом часть частотных составляющих ЧМ сигнала не передается импульсами, особенно, если частота сравнения Рф ниже частоты модулирующего сигнала. Значит, эти частотные составляющие уже не надо компенсировать. Однако компенсирующий аналоговый сигнал содержит все частотные составляющие. Поэтому дополнительная модуляция импульсов в ИФМ теми частотными составляющими, которые уже не нужно компенсировать, приводит к перекомпенсации и, следовательно, к искажениям.
Во-вторых, в этом ЦСЧ трудно получить плоскую (ровную) результирующую амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) системы интегратор - ИФМ в широком диапазоне модулирующих частот, так как АЧХ интегратора - линейно-падающая, а ИФМ - линейно-возрастающая. Ровную (не зависящую от частоты) результирующую АЧХ системы интегратор - ИФМ можно получить только в сравнительно узком частотном диапазоне. При модуляции в широкой полосе частот, например, цифровым сигналом, получить плоскую АЧХ практически очень сложно, связано с необходимостью иметь большой динамический диапазон модулирующего сигнала и интегратора, что также может привести к искажениям модулированного сигнала.
в третьих, поскольку ЦСЧ с ДПКД в цепи обратной связи работает как умножитель девиации частоты сигнала, введенного по опорному каналу (коэффициент умножения пропорционален коэффициенту деления N ДПКД), то при широком диапазоне изменения выходных частот синтезатора происходит изменение уровня девиации частоты выходного сигнала. В синтезаторепрототипе для стабилизации уровня девиации ЧМ сигнала и уменьшения рассогласования каналов модуляции модулируюпщй сигнал, поступающий в опорный канал на ИФМ, проходит через управляемый аттенюатор, коэффициент передачи которого устанавливается от блока установки частоты (БУЧ) в момент изменения коэффициента деления N ДПКД. Однако точность установки коэффициента передачи таким способом в ряде случаев недостаточна и при воздействии дестабилизирующих факторов может произойти нарушение идентичности каналов модуляции, что приведет к изменению уровня девиации и искажениям. К тому же все это усложняет аппаратуру и снижает быстродействие.
Целью предлагаемого технического решения является уменьшение частотных и нелинейных искажений ЧМ сигнала ЦСЧ при одновременном сохранении широкого диапазона модулирующих частот и высокого быстродействия.
Поставленная цель достигается тем, что в цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией, содержащий соединенные в кольцо управляемый генератор, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый импульсно-фазовый детектор и фильр нижних частот, выход которого соединен с управляюшим входом управляемого генератора, последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и импульсно-фазовый модулятор, выход которого подключен к другому входу первого импульсно-фазового детектора, а также блок установки частоты, выход которого соединен с установочным входом делителя частоты с переменным коэффициентом деления, источник модулирующего сигнала, выход которого соединен с модулирующим входом управляемого генератора, введены последовательно соединенные второй импульсно-фазовый детектор, полосовой фильтр и ключ, выход которого соединен с управляющим входом импульсно-фазового модулятора, индикатор синхронизма, вход которого соединен с выходом второго импульсно-фазового детектора, а выход - с управляющим входом ключа. При этом первый вход второго импульсно-фазового детектора соединен с выходом делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления, а второй вход - с выходом делителя частоты с переменным коэффициентом деления.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых элементов: второго импульсно-фазового детектора, полосового фильтра, ключа и индикатора синхронизма, а также их связями между собой и с остальными элементами схемы. При этом нет
интегратора и нет вообще связи ИФМ с источником модулирующего сигнала, т. е. нет второй точки модулящш. Характерным здесь является включение ИФМ во вспомогательный контур автоматического регулирования фазы по возмущению, что обеспечивает полную компенсацию искажений модулированного сигнала в широкой полосе модулирующих частот. При этом сохраняется высокое быстродействие синтезатора.
Предлагаемое техническое решение, по мнению заявителя, обладает существенными отличиями, так как при поиске не выявлены аналоги, содержащие признаки, сходные с отличительными.
На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого ЦСЧ с ЧМ.
Цифровой синтезатор с частотной модуляцией содержит соединенные в кольцо управляемый генератор УГ1, Д11КД2, первый ИФДЗ и ФНЧ4, выход которого подключен к управляющему входу УГ1, последовательно соединенные опорный генератор ОГ5, ДФКД6 и ИФМ7, выход которого подключен к второму входу первого ИФДЗ, последовательно соединенные второй ИФД8, полосовой фильтр ПФ9 и ключ КлЮ, выход которого соединен с управляющим входом ИФМ7, а также индикатор синхронизма ИС11, вход которого соединен с выходом второго ИФД8, а выход - с управляющим входом ключа КлЮ, блок установки частоты БУЧ12, выход которого подключен к установочному входу ДПКД2, источник модулирующего сигнала ИМС13, выход которого соединен с модулрфуюшдм входом УГ1. При этом первый вход второго ИФД8 соединен с выходом ДФКД6, второй вход - с выходом ДПКД2.
Цифровой синтезатор частот с частотной модуляцией работает следующим образом.
После установления режима синхронизма в кольце ИФАПЧ при подаче модулирующего напряжения от ИМС13 на модулирующий вход УП происходит его частотная модуляция. При этом импульсы на выходе ДПКД2 будут промодулированны по фазе в соответствии с модуляцией УГ1 информационным сигналом от ИМС13. С выхода ДПКД2 модулированные по фазе короткие импульсы поступают на первый вход первого ИФДЗ и второй вход второго ИФДЗ, где сравниваются с короткими опорными импульсами с выхода ДФКД6 с частотой сравнения Рф , получающимися в результате деления частоты опорного кварцевого генератора ОГ1 на постоянный коэффициент деления ДФКД6. В результате сравнения этих импульсов по частоте и фазе на выходе второго ИФД8 вырабатывается управляющее напряжение, которое через полосовой фильтр ПФ9 и ключ КлЮ (открытый в режиме синхронизма по сигналу от индикатора синхрО1шзма ИСП) поступает на управляющий вход ИФМ7 и модулирует его входные опорные импульсы по фазе так же, как промодулированны импульсы с выхода ДПКД2. В результате сравнения одинаково промодулированных по фазе входных импульсов на выходе первого ИФДЗ нет сигнала ошибки от модуляции и, следовательно, нет реакции кольца
ИФАПЧ на модулирующее возмущение УГ1. Вспомогательный контур автоподстройки фазы на основе второго ИФД8 позволяет осуществлять модуляцию опорных импульсов по фазе на выходе ИФМ7 в точном соответствии с изменениями фазы импульсов на выходе ДПКД2 при воздействии модулирующих возмущений в полосе частот, определяемой полосовым фильтром ПФ9. Полосу частот ПФ9 всегда можно выбрать в точном соответствии с необходимой полосой пропускания модулирующих частот, так как этот фильтр не влияет на быстродействие ЦСЧ потому, что он включается после окончания переходного процесса в режиме синхронизма.
В предложенном ЦСЧ происходит полная компенсация искажений модулированного сигнала, так как здесь отсутствуют все три причины, приводящие к искажениям в устройстве - прототипе, перечисленные ранее.
1.Здесь нет второй точки модуляции, а значит нет перекомпенсации теми частотными составляющими модулирующего сигнала, которые не нужны для правильной модуляции опорных импульсов по фазе.
2.Здесь нет интегратора в опорном канале, а значит нет условий для искажения АЧХ модулированного сигнала.
3.Здесь нет необходимости следить за стабильностью девиации частот синтезатора и возможностью рассогласования каналов модуляции.
В переходном режиме при переключении частот синтезатора, когда разность фаз на входах второго ИФД8 превышает заранее установленную максимальную величину, от выходного сигнала ИФД8 срабатывает индикатор синхронизма ИСП и на его выходе формируется запрещающий сигнал, который поступает на управляющий вход ключа КлЮ. В результате этого ключ КлЮ закрывается и в кольце ИФАПЧ происходит обычная подстройка частоты синтезатора. Причем быстродействие ЦСЧ при этом определяется только ФПЧ4, инерционность которого выбирается из этих условий независимо от полосы модулирующих частот.
Как только в системе ИФАПЧ после переключения частот установится режим синхронизма, с выхода индикатора синхронизма ИС11 на управляющий вход КлЮ поступит разрешающий сигнал и вспомогательный контур автоподстройки фазы опорных импульсов на выходе ИФМ7 относительно фазы импульсов с выхода Д11КД2 опять включится в работу и в ЦСЧ будет осуществляться полная компенсация реакции кольца ИФАПЧ на модулирующее воздействие по УГ1.
Доказательством возможности осуществления предлагаемого устройства является то, что вводимые блоки типовые. Второй ИФД8 может быть выполнен также как и первый ИФДЗ на основе цифрового частотно-фазового детектора, широко применяемого в ЦСЧ. Ключ может быть выполнен на основе микросхемы 564КТЗ. Индикатор синхронизма представляет собой амплитудный детектор с заранее установле1шым порогом срабатывания, который также широко применяется в ЦСЧ.
Таким образом, применение предлагаемого цифрового синтезатора частот с частотной модуляцией позволяет решить задачу полной компенсации частотных и нелинейных искажений ЧМ сигнала в широкой полосе модулирующих частот при одновременном сохранении необходимого высокого быстродействия.