Научная статья на тему 'Повышение быстродействия однокольцевого синтезатора частот'

Повышение быстродействия однокольцевого синтезатора частот Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
427
126
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ / ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВАЯ АВТОПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ / СЕТКА ЧАСТОТ / БЫСТРОДЕЙСТВИЕ / SYNTHESIZER OF FREQUENCIES / PULSE AND PHASE AUTO-ADJUST OF FREQUENCY / GRID OF FREQUENCIES / SPEED

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Жайворонок Денис Александрович, Сластникова Ольга Сергеевна

Рассмотрен метод повышения быстродействия синтезатора частот на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты. Описана структурная схема синтезатора и проверен анализ его работы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Жайворонок Денис Александрович, Сластникова Ольга Сергеевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE SPEED RISE OF THE ONE-RING FREQUENCY SYNTHESIZER

The speed rise of the one-ring frequency synthesizer method on basis of the frequency impulse-phase self-tuning is considered.The synthesizer structured diagram is described, procedure analysis is produced.

Текст научной работы на тему «Повышение быстродействия однокольцевого синтезатора частот»

Д. А Жайворонок, О. С. Сластникова

ПОВЫШЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ОДНОКОЛЬЦЕВОГО

СИНТЕЗАТОРА ЧАСТОТ

THE SPEED RISE OF THE ONE-RING FREQUENCY

SYNTHESIZER

Рассмотрен метод повышения быстродействия синтезатора частот на основе кольца импульсно-фазовой автоподстройки частоты. Описана структурная схема синтезатора и проверен анализ его работы.

The speed rise of the one-ring frequency synthesizer method on basis of the frequency impulse-phase self-tuning is considered.The synthesizer structured diagram is described, procedure analysis is produced.

Широко известен синтезатор частот (СЧ), построенный по однокольцевой схеме импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ), структурная схема которого изображена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема однокольцевого синтезатора частот с ИФАПЧ

Синтезатор частот содержит генератор управляемый напряжением (ГУН), делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД) и с устройством управления (УУ), фазовый детектор (ФД) и фильтр нижних частот (ФНЧ). К другому входу ФД через делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) подключен выход высокостабильного опорного кварцевого генератора (ОГ).

В режиме синхронизма входная частота синтезатора определяется по формуле

где ^ — частота опорного генератора;

N — коэффициент деления ДПКД;

Я — коэффициент деления ДФКД.

Такой синтезатор частот характеризуется простой реализацией, высокой надежностью и технологичностью, обладает возможностью сформировать необходимое число частот, но имеет существенный недостаток, который вытекает из принципа работы такого СЧ. Этот недостаток состоит в том, что невозможно выбирать частоту сравнения^ГК выше заданного шага сетки частот. Следовательно, при мелком шаге сетки частот и импульсном характере частоты сравнение быстродействия синтезатора значительно снижается.

Повысить быстродействие можно, применив следующее техническое решение. В синтезатор частот, содержащий последовательно соединенные ГУН, ДПКД с устройством управления, последовательно вводятся ОГ и ДФКД, а также первый ФНЧ, первый и второе формирующее устройство (ФУ), второй ФНЧ первый и второй фазовращатели на пГ2, первый и второй перемножители сигналов (ПС) и вычитатель (В).

На рис. 2 приведена структурная электрическая схема предлагаемого синтезатора частот.

Рис. 2. Структурная схема однокольцевого синтезатора частот с квадратурным

преобразованием сигналов

Синтезатор частот работает следующим образом. Импульсы с частотой сравнения с ДФКД с помощью ФУ-2 преобразуются в импульсы по форме «меандр» и поступают

на вход ФНЧ-2, который их преобразует в гармонический сигнал Ui =1?i coswt. Этот сигнал поступает на первый вход перемножителя сигналов ПС-2 и через фазовращатель пап/2 ФВ-2 на второй вход перемножителя ПС-1 в виде сигнала сигнал Ui^isinwt (т.е. произошло квадратурное расщепление опорного сигнала). В режиме синхронизма импульсы с ДПКД с помощью ФУ-1 преобразуются в импульсы, близкие по форме к «меандру » и поступают на вход ФНЧ-1, который преобразует их в гармонический сигнал

U2=i?2COs(wt+^>). Этот сигнал поступает на первый вход перемножителя ПС-1 и через фазовращатель на п/2 ФВ-1 на второй вход второго перемножителя в виде U2=i^2sin(wt+^). После перемножения на выходе второго перемножителя ПС-2 имеется

ивьІХ1=Кпі1?1 i?2sin(wt+<p)coswt, (1)

где Кпі — коэффициент преобразования перемножителя ПС-2, имеющий размерность Вольт -1.

На выходе первого перемножителя ПС-1 получится сигнал

UBbIX2=Kn2^1 l?2COS(wt+<P)sinwt. (2)

Считая Кп1= Кп2= Кп, в результате алгебраического сложения (1) и (2) получаем на выходе вычитателя (В)

Ubhxb= Кпі*?і ^2sin(wt+^)coswt - Кпг^і i?2Cos(wt+^)sinwt= Кп $11^2sin ip. (3)

Напряжение сигнала Цвыхв поступает на управляющий вход ГУН и подстраивает его частоту под опорный сигнал с точностью до фазы <р.

Поскольку напряжение на выходе вычитателя соответствует только разности фаз <р и свободно от побочных колебаний, то фильтр на выходе вычитателя в цепи управления ГУН не нужен.

В переходном режиме при переключении с одной частоты на другую путем изменения коэффициента деления ДПКД N разность фаз изменится и на выходе ФНЧ-1 получится

сигнал U2= l?2COS (wt+Awt+wt+^>). При этом новое управляющее напряжение с выхода вычитателя ивьіхв=Кпіі'51 2sin(wt+ (р) соответствует новому значению частоты ГУН.

Выигрыш в быстродействии по сравнению с прототипом здесь заключается в отсутствии ФНЧ на выходе вычитателя в цепи управления ГУН в синтезаторе-прототипе.

Например, пусть будет частота сравнения (и соответственно шаг сетки частот) £р=10кГц. При этом частота среза первого и второго ФНЧ немного больше 10кГц, чтобы пропустить только первую гармонику и получить синусоидальный сигнал. В то же время ФНЧ на выходе ФД в СЧ-прототипе £.р=10кГц должен быть такой, чтобы частота среза его была, по крайней мере, меньше 100Гц ( т.е. на два порядка меньше) для получения необходимого подавления помех от частоты сравнения.

Иначе говоря, ФНЧ в цепи управления ГУН в СЧ-прототипе должен быть примерно в 100 раз более инерционный, чем ФНЧ в цепи обратной связи предложенного синтезатора, т.е. полоса пропускания кольца ФАПЧ в предложенном синтезаторе намного больше. Отсюда и выигрыш по быстродействию будет соответствующий.

Подстройка фазы в предложенном СЧ происходит непрерывно, так как сравниваются аналоговые сигналы, а не импульсные, как в СЧ- прототипе, что также повышает быстродействие.

ЛИТЕРАТУРА

1. Четкин О.В., Хохлов Н.С. Частотные характеристики тандемных цифровых синтезаторов частот с угловой модуляцией управляемого и опорного генераторов // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2009. — Т. 5. — №4. — С. 72—75.

2. Манасеевич В. Синтезаторы частот (Теория и проектирование): пер. с англ. / под ред. А.С. Галина. — М.: Связь, 1979. — 384 с.

3. Шахгильдян В.В., Ляховкин А.А. Системы фазовой автоподстройки частоты. — М.: Связь, 1972. — 448 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.