Цифровой синтезатор с М-образным законом изменения частоты

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и радиотехнике, предназначено для синтеза сложных частотно-модулированных (ЧМ) сигналов и может быть использовано в системах радиолокации, навигации и связи.

Известны цифровые синтезаторы частотно-модулированных сигналов, содержащие эталонный генератор и блок задержки, блок постоянного запоминания, регистр памяти, делитель с переменным коэффициентом деления, цифровой накопитель, преобразователь кодов, ЦАП, ФНЧ, ждущий мультивибратор, реверсивный счетчик с предварительной установкой, схему сравнения [1].

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому является цифровой синтезатор частот, содержащий эталонный генератор, блок задержки, первый блок ПЗУ, первый цифровой накопитель, второй регистр памяти, второй цифровой накопитель, преобразователь кодов, ЦАП, ФНЧ, второй блок ПЗУ и счетчик с предварительной установкой [2].

Однако, известные цифровые вычислительные синтезаторы не обеспечивают формирование сложных частотно-модулированных сигналов с М-образным законом изменения частоты.

Достигаемый технический результат - возможность формирования частотно-модулированных сигналов с М-образным законом изменения частоты - достигается за счет того, что в цифровой синтезатор с М-образным законом изменением частоты, содержащий последовательно соединенные эталонный генератор и блок формирования и задержки; последовательно соединенные первый регистр памяти и первый цифровой накопитель; второй регистр памяти; делитель с переменным коэффициентом деления; второй цифровой накопитель; последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот; причем выход фильтра нижних частот является аналоговым выходом цифрового синтезатора; выходы блока формирования и задержки подключены с тактовым входам делителя с переменным коэффициентом деления, второго цифрового накопителя и цифроаналогового преобразователя, причем новым является то, что введены инвертор, мультиплексор и функциональный преобразователь код-синус; при этом выход первого цифрового накопителя подключен к входу инвертора и первому входу мультиплексора, выход последнего подсоединен к входу второго цифрового накопителя; выход инвертора подключен ко второму входу мультиплексора; выход второго цифрового накопителя подключен к входу функционального преобразователя код-синус, выход которого подключен к информационному входу цифроаналогового преобразователя; выход второго регистра памяти подключен к входу делителя с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к тактовому входу первого цифрового накопителя; цифровыми входами цифрового синтезатора являются входы первого и второго регистров памяти и управляющий вход мультиплексора.

Цифровой синтезатор с М-образным законом изменением частоты содержит (фиг. 1) эталонный генератор 1, блок формирования и задержки 2, первый регистр памяти 3, первый цифровой накопитель 4, инвертор 5, мультиплексор 6, второй цифровой накопитель 7, функциональный преобразователь код-синус 8, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, фильтр нижних частот (ФНЧ) 10, второй регистр памяти 11, делитель с переменным коэффициентом деления 12.

Цифровой синтезатор (фиг. 1) содержит последовательно соединенные эталонный генератор 1, блок формирования и задержки 2; последовательно соединенные первый регистр памяти 3, первый цифровой накопитель 4, первый вход мультиплексора 6, второй цифровой накопитель 7, функциональный преобразователь код-синус 8, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, фильтр нижних частот (ФНЧ) 10; выход первого цифрового накопителя также подключен к входу инвертора 5, выход которого подключен к второму входу мультиплексора 6; последовательно соединенные второй регистр памяти 11, делитель с переменным коэффициентом деления 12 и тактовый вход первого цифрового накопителя 4; выходы блока формирования и задержки 2 подключены к тактовым входам делителя с переменным коэффициентом деления 12, второго цифрового накопителя 7 и ЦАП 9. Цифровыми входами цифрового синтезатора являются входы первого и второго регистров памяти 3, 11 и управляющий вход мультиплексора 6, а его аналоговым выходом - выход ФНЧ 10.

Цифровой синтезатор с М-образным законом изменением частоты работает следующим образом.

Эталонный генератор 1 формирует синусоидальный сигнал опорной частоты, из которого в блоке формирования и задержки 2 формируются последовательности тактовых импульсов формы «меандр», служащие для синхронизации работы основных узлов цифрового синтезатора: делителя с переменным коэффициентом деления, второго цифрового накопителя и ЦАП.

Пусть в момент t₀ на вход первого регистра памяти 3 поступает код начальной частоты С_i, а на вход второго регистра памяти 11 - код D_k, определяющий коэффициент деления делителя 12.

В момент времени t₁ код С_i из первого регистра памяти 3 записывается в первый цифровой накопитель 4, а код D_k из второго регистра памяти 11 - в делитель с переменным коэффициентом деления 12.

Далее, с каждым последующим тактовым импульсом, начиная с момента t₂, результат суммирования в первом цифровом накопителе 4 будет изменяться по формуле:

где Т - номер тактового импульса.

Сигнал S1 с выхода первого цифрового накопителя 4 поступает на первый вход мультиплексора 6 и на вход инвертора 5, выход которого подключен ко второму входу мультиплексора 6. Если код управления мультиплексора 6 К=0, то на вход второго цифрового накопителя 7 через мультиплексор 6 поступает прямой код с выхода первого цифрового накопителя 4, при этом результат накопления во втором цифровом накопителе 7 будет описываться выражением:

Далее, результат накопления с выхода второго цифрового накопителя 7 поступает на вход функционального преобразователя 8, где входному коду S2 ставится в соответствие код sin(S2). Затем код синуса sin(S2) подается на ЦАП 9, где формируется «ступенчатый» частотно-модулированный (ЧМ) сигнал, описываемый формулой:

где U₀ - амплитуда сигнала,

Δt=T - тактовый интервал,

С_i=ƒ₁ - начальная частота,

1/D_k=ƒ' - скорость изменения частоты цифрового синтезатора.

Сигнал с выхода ЦАП 9 поступает на вход ФНЧ, который имеет частоту среза, равную половине тактовой частоты ƒ_ср=0,5ƒ_такт, и пропускает на выход только первую гармонику синтезированного сигнала.

Пусть в момент времени t_n код переключения мультиплексора 6 К=1, тогда на вход второго цифрового накопителя 7 поступит обратный код S1, при этом, начиная с момента t_n+1 код S2 на выходе второго цифрового накопителя 7 будет описываться формулой:

Таким образом, изменяя код управления мультиплексора К, можно формировать ЧМ сигналы как с положительным, так и с отрицательным знаком изменения частоты (фиг. 2). При этом, при К=0 сигнал на выходе цифрового синтезатора описывается формулой (3), а при К=1 - формулой (5).

Код D_k определяет скорость изменения частоты синтезируемого ЧМ сигнала, чем больше значение D_k, тем ниже скорость изменения частоты ƒ'.

К достоинствам предложенного цифрового синтезатора можно отнести: высокую скорость перестройки частоты, быструю смену знака в законе изменения частоты при формировании сложных ЧМ сигналов с М-образным и V-образным законами изменения частоты.

Литература

1. Патент РФ №2204197. МПК H03L 7/18. Цифровой синтезатор частотно-модулированных сигналов/ Рябов И.В., Рябов И.В. Заявл. 06.04.2001. Опубл.10.05.2003. Бюл. №13. - 5 с.

2. Патент РФ №2058659. МКИ Н03В 19/00. Цифровой синтезатор частот / Рябов И.В., Фищенко П.А. Заявл. 23.09.1993. Опубл. 20.04.1996. Бюл. №11. - 6 с. (прототип).