7.4.2. Пассивные цифровые синтезаторы

Одна из простейших схем цифрового синтеза (схема двухуровневого синтезатора) представлена на рис. 7.16. Принцип ее работы заключается в сле­дующем. В формирователе импульсов (ФИ) из гармонических колебаний ОКГ формируется периодическая последовательность коротких импульсов с частотой следования f₀=1/T₀, поступающая затем на вход делителя с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Коэффициент деления N ДПКД выби­рается так, чтобы частота следования импульсов на выходе последнего была в два раза выше требуемой частоты сигнала на выходе синтезатора. Этот по­ток импульсов подается на вход триггера Т, создающего последовательность прямоугольных импульсов со скважностью, равной два, и частотой следования, равной заданной. В перестраиваемом ПФ из этой импульсной последовательности выделяется синусоидальный сигнал с частотой первой гармоники. Изменяя коэффициент деления ДПКД и перестраивая ПФ, можно изменять частоту выходных колебаний.

Рис. 7.16. Схема пассивного цифрового синтезатора

Согласно описанному принципу, выходная частота синтезатора равна

f_вых=f₀/2N. (7.21)

Если коэффициент деления N пробегает некоторый набор значений N₁...N₂, то выходная частота будет принимать ряд дискретных значений f_вых1... f_вых2 в соответствии с формулой (7.21). Однако, как нетрудно видеть из этой формулы, в общем случае у этого ряда шаг будет непостоянным. Кроме того, при некоторых заданных значениях f_вых требуемый коэффициент деления ДКПД может оказаться нецелым числом. Однако счетчиковые делители, на базе которых создается ДКПД, не могут поделить частоту на нецелое число.

Избавиться от указанных недостатков можно путем усложнения схемы на рис. 7.16 и изменения алгоритма ее работы. Это изменение относится к ДКПД, в котором коэффициенту N за цикл деления присваивают два разных значения. Это позволяет получить нецелые значения результирующего коэффициента деления. Однако при этом на выходе синтезатора сигнал будет иметь паразитную фазовую модуляцию. Следовательно, спектр его будет содержать побочные составляющие.

Свободным от указанного недостатка является синтезатор с цифровым накоплением фазы, упрощенная схема которого представлена на рис. 7.17. В его состав, помимо рассмотренных ранее блоков (ОКГ и ФИ), входят вычислитель амплитуды (ВА), выполненный на основе блока памяти значений sinx цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), частотный регистр (ЧР) и накопитель фазы (НФ), состоящий из п-разрядных бинарного сумматора и ре­гистра данных. В ЧР записан код дискрета фазы для текущего значения час­тоты Δφ=2π f_вых/(N_дф f_ш), где N_дф - число дискретов фазы.

С приходом каждого тактового импульса в сумматоре суммируются значения чисел, записанных в регистре данных и в частотном регистре, и сумма переписывается вновь в регистр данных. Таким образом, в нако-

пителе формируется код текущей

Рис. 7.17. Синтезатор с цифровым накоплением фазы

фазы мгновенного значения выходного колебания. Как только значение текущей фазы в накопителе превысит 2π, произойдет переполнение, в регистр данных запишется разность между последним значением текущей фазы и 2π и процесс накопления фазы повторится. В соответствии с кодом числа в накопителе вычислитель амплитуды вырабатывает импульс постоянной длительности 1/f₀, имеющий амплитуду U=U_ЦАПsin(2πif_вых/f₀) (i≤ f₀/f_вых – номер приходящего тактового импульса).

Непрерывная последовательность выходных импульсов ЦАП пред­ставляет собой ступенчатую аппроксимацию синусоидального напряжения. Для изменения частоты выходного сигнала необходимо изменить дискрет фазы, код которой записан в ЧР.

В соответствии с теоремой Котельникова частота тактовых импульсов должна быть по крайней мере в два раза выше максимальной частоты формируемых колебаний. Для облегчения фильтрации гармоник тактовой частоты её обычно выбирают из условия f₀≥4 f_{вых max}.

Квантование фазы в блоке памяти и мгновенных значений напряжения на выходе ЦАП приводит к отклонениям синтезированного колебания от гармонического, что эквивалентно появлению в нем фазовых и амплитудных шумов.

На основе описанного принципа разработаны ССЧ, выпускаемые промышленностью в микросхемном исполнении. Помимо формирования сетки частот, они предоставляют широкие возможности управления частотой выходного сигнала по заданному закону.