Синтезатор частот

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемниках и радиопередающих устройствах для генерирования сетки стабильных частот. Сущность изобретения состоит в том, что синтезатор частот содержит опорный генератор 1, датчик 2 опорных частот, первый перестраиваемый генератор (ПГ) 3, первый делитель 4 частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор (ФД) 5, первый фильтр 6 нижних частот, второй делитель 7 частоты с переменным коэффициентом деления, блок 8 установки частот, второй ПГ 9, смеситель 10, первый полосовой фильтр 11, второй ФД 12, второй фильтр 13 нижних частот, формирователь 15 сигналов грубой установки частоты, неинвертирующий сумматор 16, перемножитель 17, второй полосовой фильтр 18, второй перемножитель 19 и третий фильтр 20 нижних частот, что позволяет повысить быстродействие. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоприемниках и радиопередающих устройствах для генерирования сетки стабильных частот.

Известен синтезатор частот, содержащий последовательно включенный опорный генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, управляемый генератор и делитель частоты с переменным коэффициентом деления, при этом опорный генератор подключен к первому входу фазового детектора, а делитель частоты к второму входу [1] Недостатком этого устройства является сравнительно большое время перестройки частот, т.е. низкое быстродействие.

Наиболее близким к предложенному устройству по технической сущности является синтезатор частот, описанный в [2] Известное устройство содержит соединенные в первое кольцо автоподстройки первый перестраиваемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, а также соединенные во второе кольцо автоподстройки второй перестраиваемый генератор, выход которого является выходом устройства, смеситель, полосовой фильтр, второй фазовый детектор и второй фильтр нижних частот, а также опорный генератор, выход которого подключен через второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления к второму входу первого фазового детектора, а через датчик опорных частот к второму входу второго фазового детектора, а также блок установки частот, первый выход которого подключен к установочному входу первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а второй выход к установочному входу второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и к выходу формирователя сигналов грубой установки частоты, выход которого подключен к входу грубой установки частоты второго перестраиваемого генератора, а также формирователь импульсов, вход которого подключен к второму выходу первого перестраиваемого генератора, а выход к первому входу смесителя. Недостатком этого синтезатора частот является низкое быстродействие, то есть сравнительно большое время перехода от одной синтезируемой частоты к другой. Первое кольцо автоподстройки является ведущим. Это кольцо выполняет роль датчика крупной сетки частот. Выходом первого кольца автоподстройки является второй выход первого перестраиваемого генератора, частота генерации которого f_пг1 определяется выражением где f_ОП частота опорного генератора, N₁ и N₂ - значения коэффициентов деления, установленных соответственно в первом и во втором делителях частоты с переменным коэффициентом деления. Второе кольцо автоподстройки является ведомым. Его выходом является выход второго перестраиваемого генератора, который одновременно служит выходом всего устройства. Частота генерации второго перестраиваемого генератора f_пг2 превышает частоту f_пг1 на частоту сигнала, поступающего с выхода датчика опорных частот f_до4, то есть определяется выражением Известно также, что последовательным перебором частот датчика опорных частот перекрывается частотный интервал, определяемый шагом сетки частот датчика крупной сетки частот.

Следовательно, частота f_до4<f.

Из выражения (II) следует, что быстродействие синтезатора частот определяется временем установления коэффициента деления N₁ и N₂, временем переключения датчика опорных частот, а также временем переходных процессов в первом и во втором кольцах автоподстройки. Отметим, что начало переходного процесса во втором кольце автоподстройки совпадает с временем поступления сигнала с выхода формирователя импульсов на первый вход смесителя, то есть в первом приближении совпадает с окончанием аналогичного процесса в первом кольце автоподстройки. Для сокращения времени переходного процесса во втором кольце автоподстройки используется формирователь сигналов грубой установки частоты, представляющий собой по существу преобразователь, код-напряжение. Под действием n-разрядного кода, поступающего с второго выхода блока установки частот на вход упомянутого формирователя, на выходе последнего возникает напряжение постоянного тока, под действием которого частота колебаний второго перестраиваемого генератора возрастает от начальной частоты до значения, близкого к текущему значению частоты первого перестраиваемого генератора.

Однако предварительная установка частоты второго перестраиваемого генератора осуществляется весьма грубо, так как она зависит лишь от значения кода, поступающего со второго выхода блока установки частот, и совершенно не зависит от значения кода, набранного на первом выходе этого же блока, то есть не зависит от текущего значения частоты первого перестраиваемого генератора в случае управления последнего по первому выходу блока установки частот. Таким образом, расстройка второго перестраиваемого генератора не является минимальной, и, следовательно, быстродействие синтезатора частот не является максимальным.

В синтезаторе частот по данному изобретению достигается более высокое быстродействие.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема синтезатора частот. Синтезатор частот содержит опорный генератор 1, датчик 2 опорных частот, первый перестраиваемый генератор (ПГ) 3, первый делитель 4 частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор (ФД) 5, первый фильтр 6 нижних частот, второй делитель 7 частоты с переменным коэффициентом деления, блок 8 установки частот, второй ПГ9, смеситель 10, первый полосовой фильтр 11, второй ФД 12, второй фильтр 13 нижних частот, формирователь 14 импульсов, формирователь 15 сигналов грубой установки частоты, неинвертирующий сумматор 16, перемножитель 17, второй полосовой фильтр 18, второй перемножитель 19 и третий фильтр 20 нижних частот.

Синтезатор частот работает следующим образом. Под действием напряжения опорной частоты, поступающего с выхода опорного генератора 1 через второй делитель 7 на второй вход первого ФД5, первое кольцо автоподстройки возбуждает напряжение в форме меандра, частота которого определяется выражением (1). Отметим, что максимальное значение того или иного коэффициента N_маск. определяется n-разрядным кодом, поступающим с первого или второго выходов блока 8 установки частот на установочный вход соответствующего делителя частоты, то есть N_маск. 2ⁿ. На выходе, формирователя 15 сигналов грубой установки частоты возникает напряжение постоянного тока, которое складывается в неинвертирующем сумматоре 16 с напряжением, поступающим с выхода третьего фильтра 20, и поступает далее на вход грубой установки частоты второго ПГ9.

Механизм вхождения в синхронизм второго ПГ9 заключается в следующем. В первом перемножителе 17 происходит перемножение сигналов, поступающих с выходов датчика 2 и первого ПГ3. С помощью второго полосового фильтра 18 выделяется составляющая, частота которой определяется выражением (II). Таким образом, на первый вход второго перемножителя 19 поступает напряжение, частота которого соответствует синтезируемой частоте, а на второй вход того же перемножителя напряжение с выхода второго ПГ 9, частота которого должна сравняться с первой частотой. После перемножения этих напряжений с помощью третьего фильтра 20 выделяется переменное напряжение разностной частоты, под действием которого частота колебаний второго ПГ9 будет периодически изменяться относительно среднего значения, которое определяется постоянной составляющей напряжения, поступившей с выхода формирователя 15. По существу имеет место принудительное качание частоты второго перестраиваемого генератора 9. С поступлением напряжения с выхода датчика 2 на второй вход второго ФД12 частота колебаний второго ПГ9 в среднем начнет возрастать. Поэтому полупериоды напряжения на выходе третьего фильтра 20 будут существенно отличаться друг от друга, то есть на выходе этого фильтра появится постоянная составляющая, ускоряющая процесс вхождения в синхронизм ПГ9.

В состоянии синхронизации на выходе третьего фильтра 20 будет присутствовать только постоянная составляющая. Таким образом, применение принудительного управления частотой второго ПГ9 повышает быстродействие синтезатора частот. По существу предложенная двухпетлевая система управления частотой второго ПГ9. Опорный генератор 1 выполнен на двух элементах 2И-НЕ (на чертеже не показано), охваченных положительной обратной связью, в цепи которой установлен кварцевый резонатор. Фильтры 6, 13 и 20 представляют собой простейшие интегрирующие RC-цепочки. Делители 4 и 7 могут быть выполнены на микросхемах 564ИЕ 15, ПГ 3 и 9 на микросхемах 564 ГГ1, ФД 5 и 12 на микросхемах 564 ЛА7 и 564ЛА8, перемножители 17 и 19 и смеситель 10 на микросхемах 525ПС3Б, формирователь 14 на усилителе с трансформаторным выходом, формирователь 15 на ЦАП 1108ПА1А, неинвертирующий сумматор 16 - выход на операционном усилителе. Полосовой фильтр 11 представляет собой активный фильтр, выполненный на операционных усилителях 544УД1А и R, C элементах, полосовой фильтр 19 пассивный фильтр сосредоточенной селекции, датчик 2 может быть выполнен на микросхеме 564ИЕ 15. Блок 8 может быть выполнен на кнопочном переключателе П2К и микросхемах 564ЛА7, 564ЛА8 и 564ЛА9. Синтезатор частот в диапазоне частот 160 250 кГц при шаге сетки 5 кГц обеспечивает повышение быстродействия в 3,6 раза.

Формула изобретения

Синтезатор частот, содержащий соединенные в первое кольцо автоподстройки первый перестраиваемый генератор, первый делитель частоты с переменным коэффициентом деления, первый фазовый детектор и первый фильтр нижних частот, а также соединенные во второе кольцо автоподстройки второй перестраиваемый генератор, выход которого является выходом синтезатора частот, смеситель, первый полосовой фильтр, второй фазовый детектор и второй фильтр нижних частот, а также опорный генератор, выход которого подключен через второй делитель частоты с переменным коэффициентом деления к второму входу первого фазового детектора, а через датчик опорных частот к второму входу второго фазового детектора, а также блок установки частот, первый выход которого подключен к установочному входу первого делителя частоты с переменным коэффициентом деления, а второй выход к установочному входу второго делителя частоты с переменным коэффициентом деления и к входу формирователя сигналов грубой установки частоты, а также формирователь импульсов, вход которого подключен к второму выходу первого перестраиваемого генератора, а выход к первому входу смесителя, отличающийся тем, что введены неинвертирующий сумматор и последовательно включенные первый перемножитель, второй полосовой фильтр, второй перемножитель и третий фильтр нижних частот, при этом первый вход первого перемножителя подключен к выходу датчика опорных частот, второй вход к выходу первого перестраиваемого генератора, второй вход второго перемножителя подключен к выходу второго перестраиваемого генератора, выход третьего фильтра нижних частот подключен к второму входу неинвертирующего сумматора, первый вход которого подключен к выходу формирователя сигналов грубой установки частоты, а выход неинвертирующего сумматора подключен к входу грубой установки частоты второго перестраиваемого генератора.

РИСУНКИ

Рисунок 1