Цифровой синтезатор с М-образным законом изменения частоты

Название	Цифровой синтезатор с М-образным законом изменения частоты
Разработчик (Авторы)	Рябов Игорь Владимирович, Стрельников Игорь Витальевич, Дегтярев Николай Васильевич, Юрьев Павел Михайлович
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2682847
Дата регистрации	21.03.2019
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет"
Область применения (класс МПК)	H03L 7/18 (2006.01) H03B 19/00 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

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.

Формула изобретения

Цифровой синтезатор с М-образным законом изменения 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 к тактовым входам делителя с переменным коэффициентом деления, второго цифрового накопителя и цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, 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, что позволит формировать сигнал с М-образным и V-образными законами изменения частоты.

Изобретение "Цифровой синтезатор с М-образным законом изменения частоты" (Рябов Игорь Владимирович, Стрельников Игорь Витальевич, Дегтярев Николай Васильевич, Юрьев Павел Михайлович) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога