Устройство автоматической подстройки частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в прецизионных фазометрах. Уменьшается динамическая погрешность. Устройство содержит смеситель 1, перестраиваемый гетеродин 2, сумматор 3, формирователь 4, фильтр нижних частот (ФНЧ) 5, два ЦАП 6 и 7, два цифровых сумматора (ЦС) 8 и 9, два регистра 10 и 11, два вычитающих счетчика 12 и 13. два делителя частоты 14 и 17, мультиплексор 15, компаратор 16, ключ 18 и эталонный генератор 19. Цепь обратной связи уФтройства содержит два канала. . Точньй канал, содержащий ЦАП 6, ЦС 8, регистр 10 и вычитающий счетчик 12, замыкает контур точной автоподстройки частоты в узком диапазоне. Грубый ftU (Л с to со О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (д) 4 Н 03 1. 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО. делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3543797/24-09 (22) 20.01.83 (46) 15.05.86. Бюл. И - 18 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) В. Б. Волконский, В М. Кодрянский, А.Г. Кононенко, В.И.Латенко, Ю.А.Масюренко, А.Д.Ниженский и Ю.В.Попов (53) 621 ° 396.662(088,8) (56) Системы фазовой автоподстройки частоты с элементами дискретизации./

Под ред. В.В.Шахгильдяна. M. Связь, 1979, с ° 43, рис. 1 ° 7.

Авторское свидетельство СССР

Ó 855948, кл. Н 03 L 7/06, 12.07.77. (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в прецизионных фазометрах. Уменьшается динамическая погрешность. Устройство содержит смеситель 1, перестраиваемый гетеродин 2, сумматор 3, формирователь 4, фильтр нижних частот (ФНЧ) 5, два ЦАП 6 и 7, два цифровых сумматора (ЦС) 8 и 9, два регистра 10 и 11, два вычитающих счетчика 12 и 13. два делителя частоты 14 и 17. мультиплексор 15, компаратор 16, ключ 18 и эталонный генератор 19. Цепь обратной связи уетройства содержит два канала.

Точный канал, содержащий ЦАП 6, UC 8 регистр 10 и вычитающий счетчик 12, ) замыкает контур точной автоподстройки частоты в узком диапазоне. Грубый

А » С:

1231607

Эт ПЧЧ Э ° канал, содержащий ФНЧ 5, ЦАП 7, ЦС 9, регистр 11, вычитающий счетчик .13 и делитель частоты 14, замыкает контур грубой автоподстройки частоты B широком диапазоне..Погрешность подстрой1

Изобретение относится к радиотех- нике и может быть использовано в устройствах, в которых используется пре- . образование частоты с автоматической подстройкой промежуточной частоты, например в прецизионных фазометрах .

Цель изобретения — уменьшение динамической погрешности.

Па фиг, 1 изображена структурная электрическая схема устройства автоматической пбдстройки частоты, на фпг. 2 — временные диаграммы команд, па которых. нижние уровни команд соответствуют логическому нулю, верхние — логической единице.

Устройство. автоматической подстройки частоты .содержит смеситель 1, перестрапваемып гетеродин 2, сумматор 3, формирователь 4, фильтр 5 н1гкнпх частот, первый 6 и второй 7 цифроаналоговые преобразователи, первый 8 и второй 9 цифровые сумматоры, первый 10 и второй .11 регистры, первый l2 и второй 13 вычитающие счетчики, первый делитель 14 частоты, мультиплексор l5, компаратор 16, второй делитель 17 частоты, ключ 18 и эталонный генератор 19. Выход смесителя 2 является выходом устроиства.

Устройство автоматической подстройки частоты работает следующим образом. Смеситель 1 смешивает входной сигнал с частотой и сигнал перестрас иваемого гетеродина 2 с частотой

r и выделяет сигнал промежуточной частоты =Х, — Г . Промежуточная частота является стабилизируемым параметром устройства автоподстройки частоты.

Цепь обратной связи устройства содержит два канала ° Точный канал, содержащий элементы 6, 8, 10 и 12, замыкает контур точной автоподстройки частоты в узком диапазоне. Грубый ки частоты перестраиваемого гетеродина 2 не превышает разрешения точного канала по частоте и динамическая погрешность оказывается очень неболь.зой. 2 ил.

2 канал, содержащий элементы 5, 7, 9, 11, 13 и 14, замыкает контур грубой автоподстройки частоты в широком диапазоне.

5 Формирователь 4 преобразует сигнал промежуточной частоты в команду

К, (фиг. 2) с длительностью, равной периоду промежуточной частоты Т

П р и м .е р, Выполнение формиро1Р вателя — последовательное соединение порогового триггера и делителя частоты в два раза.

- На .ключе 18 период промежуточной частоты заполняется импульсами эта15 лонного генератора 19, а полученная команда К„ (фиг. 2) поступает на счетные входы первого вычитающего счетчика 12 и второго делителя 17 частоты.

Первый делитель.14 частоты вырабатывает команды К и К, (фиг. 2), управляющие точным и грубым канала- ми обратной связи. Длительности команд равны периоду промежуточной

25 частоты Т«, а периоды Т и Т„ про,порциональны Т„„, причем период Т точного канала меньше периода Т, гру" бого °

Цифровой узел, состоящий из пер3Р вого вычитающего счетчика 12,.первого регистра 10 .и первого цифрового сумматора 8, является техническим эквивалентом частотного дискриминатора и „интегратора с цифровым

35 выходом, Действительно, на первый вход первого сумматора 8 поступает код . первого регистра 10

N. в с -ом такте его работй. На

iT второй вход первого сумматора 8 пос4р тупает код эталлонного значения периода промежуточной частоты, равный где Т вЂ” эталонный период промеПЧ.Э жуточной частоты ;

i 231607 — частота эталлонного гене3 ратора 19.

Код суммы N.,т + Й поступает на вход установки кода первого вычитающего счетчика 12. Потенциалом К = 0 т суммарный код заносится в первый вычитающий счетчик 12.

Во время действия потенциала К = 1 на управляющем входе первого вычитающего счетчика 12, последний вычитает из кода суммы количество импульсов команды К, поступающей на счетный вход. Это количество равно коду измеренного периода промежуточной частоты NÄT= т,ц f . К моменту окончания действия потенциала К = 1 ч код первого вычитающего счетчика 12 оказывается равным N.ò+ N т -N iò т эт ит

По срезу команды К этот код заносится в первый регистр 10, для чего управляющий вход регистра должен быть дцпамическим (а пе потенциальным). Затем потенциалом Кт = 0 в первый вычитающий счетчик 12 заносится новое значение кода суммы, а код регистра сохраняется до следующего среза команды К,. Таким образом, такт работы узла повторяется снова.

В каждом последующем такте цифрового узла код первого регистра 10 равен

=М 4М где д. — код регистра в предыдущем

iT такте;

ЬМ вЂ” код ошибки по периоду прот межуточной частоты, равныи

Если период промежуточной частоты равен эталонному, то Ют = О,N., „ т =

=Н. и первый регистр 10 не изменяiT ет своего состояния, т.е. узел обладает памятью по положению.

Следовательно, цифровой узел, выделяющий код ошибки при отклонении промежуточной частоты от эталонной и обладающий памятью по положению, является техническим эквивалентом частотного дискриминатора и интегратора с цифровым выходом.

Перестраиваемый аналоговым сигна-, лом гетеродин 2 совместно с первым цифроаналоговым преобразователем 6 представляет собой технический эквивалент гетеродина, управляемого кодом.

Грубый канал обратной связи отличается от точного наличием фильтра 5 нижних частот, который служит для сглаживания переходных процессов в грубом канале и не изменяет принципы его работы.

Второе отличие заключается в том, что импульсы команды К заводятся на второй вычитающий счетчик 13 через второй делитель 17 частоты. Благодаря второму делителю 17 число импульсов, вычитаемых из второго вычитающего счетчика 13 за время действия потенциала. К =, О, равно мч э где h коэффициент деления частоты.

Таким образом, Делитель изменяет масштаб кодов грубого канала по отношению к периоду промежуточной частоты.

20 Третье отличие грубого канала от точного состоит в том; что код периода, чо которому подстраивается частота гетеродина, заводится на второй цифровой сумматор 9 с мультиплексора 15. Когда открыт канал мультиплексора 15 с кодом эталонного значения периода промежуточной частоты в масштабе грубого канала N = 1 ( эт пчэ э г то работа грубого канала не отлича30 ется от работы точного. В этом случые каждый из двух замкнутых контуров автоподстройки частоты (замыкающихся через точный или грубый канал обратной связи) представляет собой эстатическую систему автоподстройки частоты с частотным дискриминатором в цепи обратной связи.

Частота перестраиваемого гетеродина 2 имеет две составляющие, соот40 ветствующие двум каналам обратной связи. В установившемся режиме частоту гетеродина можно считать равной т г

45 где 6 и 8, — веса кодов точного и грубого каналов; — код второго регистра .jf в,j -ом такте его. работы.

Веса кодов определяются коэффициентом передачи элементов схемы между выходамп регистров каналов и входом перестраиваемого гетеродина.

Разрешение точного канала по частоте равно

4Ерт т 4 Й где 4Я вЂ” значение кода, равного т единице младшего разряда.

1231607 равна

4 „ = И„„,,, пг г и- э гдс N — максимальное значение кода. иг 20 с второго регистра 11. э

Но вес младшего разряда кода грубого канала оказывается тогда боль-. шим, т.е. разрешение канала оказыват ется низким. Следователь««о, грубый капал ««ечувствителей к малым отклоне25 н««ям прог«ежуточ««ой частоты.

При включении устройства грубый канал подстраивает частоту гетероди1 иа с точностью, достаточной для попа30 г дания промежуточной частоты в полосу захвата точного канала. Для этого вес

B младшего разряда кода грубого канала в должен быть меньшим, чем полоса захвата точного канала, т.е. >тиапазоны представления частот цифровых узлов в должны перекрываться.

Г

После захвата промежуточной частоп ты точным каналом частота гетеродина подстраивается с разрешением, равным разрешению точного канала. Отклонения 40 частоты при этом значительно меньше веса младшего разряда кода грубого канала.

Следовательно, в установившемся режиме код грубого канала неизменен а код ошибки отрабатывается только в точном канале. При этом промежуточная частота может выйти из полосы захвата (удержания) точного канала. Например, если частота сигнала линейно возрастает в пределах диапазона устройства, то сигнал ошибки точного канала постоянный, а код первого регистра 10 возрастает в каждом такте на величину кода ошибки..В таком-то такте код регистра переходит через максимальное значение, что является срывом слежения за частотой.

Полоса захвата.точного канала где N — максимальное значение кода

ИГ первого регистра 10.

Вес кода точного канала выбирают достаточно малым для обеспечения тре- 10 буемого разрешения по частоте. При этом полоса захвата точного канала оказывается узкой.

13ес кода грубого канала выбирают достаточно большим для обеспечения 15 требуемой полосы захвата, равной

Для исключения срыва слежения за частотой служит цепь поправки, состоящая из компаратора 16 и мультиплексора 15. На пороговые входы компаратора 16 заведены коды верхнего и нижнего порогов N и М„ . Если значение кода первого регистра 10 выходит из допустимой зоны, ограниченной значениями Й и Ц„ и находящейся внутри диапазойа кодов первого регистра 10, то это классифицируется, как приближение к границе полосы захвата.

Компаратор 16 сравнивает код первого регистра 10 с порогами М„ и Я, Если код находится в допустимой зойе, то мультиплексор 15 подключает к второму цифровому сумматору 9 канал .с талонным кодом периода М,„ . В таком лучае грубый канал работает, как то было описано ранее.

Если код первого регистра 10 выхоит из допустимой зоны вверх или вниз, о мультиплексор 15 подключает к вто>ому сумматору 9 каналы с кодами Йт. =

N + N или M = 11 — 11 соотэт э.т етственно, где Йн — код поправки. огда в результате работы грубого ка"

«ала в следующем такте на первом реистре 10 устанавливается код N(.,,„3

И,, +И r,+ Nð -Nn„. TaK как"" установЗившемся режиме сигнал ошибки грубом канале отсутствует, то

М 0„1г = N + й„ . Код попРавки выбиают таким, чтобы его вес бып равен есу половины интервала от И„ до1 1 гочного канала. Тогда после внесейия оправки код первого регистра 10 возвращается примерно в середину интервала от И, po N чем предотвра1т ается срыв слежения за частотой.

Поскольку длительность такта работы грубого канала больше длительности такта точного, то точный канал успевает отслеживать сглаженную фильтром 5 нижних частот динамическую ошибку, возникающую при внесении поправки. Поэтому погрешность подстройки частоты не превышает, разрешения точного канала по частоте и динамическая погрешность оказывается очень небольmoA.

Так как в установившемся режиме сигнал ошибки отслеживается точным каналом обратной связи, то быстродействие устройства определяется быстродействием точного канала.

1231607 е с я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности, между выходом ключа и входом перестраиваемого гетеродина включены последовательно соединенные второй делитель частоты, второй вычитающий счетчик, второй регистр, управляющие входы которых соединены с другим выходом первого

10 делителя частоты, второй цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и сумматор, другой вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, между

15 выходом первого регистра и входом установки кода второго вычитающего счетчика включены последовательно соединенные компаратор, второй и третий входы которого являются входами для

20 подачи фиксированных кодов, мультиплексор, второй, третий и четвертый входы которого являются входами для подачи фиксированныхкодов,и второйцифровой сумматор,другиевходы которогосое!I

25 динены свыходами второгорегистра.

Формула из об ре те ния

Устройство автоматической подстройки частоты, содержащее последовательно соединенные перестраиваемый гетеродин, смеситель, второй вход которого является входом устройства, а выход является выходом устройства, формирователь, ключ к второму входу которого подключен эталонный генератор, первый вйчитающий счетчик, к управляющему входу которого подключен .выход формирователя через первый де.литель частоты, первый регистр, уп,:равляющий вход которого соединен с вторым входом первого вычитающего счетчика, и первый цифроаналоговый

-преобразователь, причем выходы пер вого регистра через первый цифровой сумматор, другие входы которого являются входами установки кода эталонной частоты, соединен с третьим входом установки кода первого вычитающего счетчика, о т л и ч а ю щ еКт

7/.

Щ/РГ Составитель С. Даниэлян

Техред И.Попович Корректор E- Рошко

Редактор А. Ревин

Заказ 2660/57

Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д . 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4