Устройство фазовой автоподстройки частоты

 

Использование1 система восстановления несущей, устройства тактовой синхронизации , синтезаторы частоты. Сущность изобретения: устройство содержит фазовые детекторы 1 и 2, фильтр 3 нижних частот, управляемый генератор 1, фазовый манипулятор 5, формирователь 6 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль, усилитель-ограничитель 7, дифференцирующую цепь 8, селектор 9 импульсов одной полярности, элементы И 10 и 11. управитель 12 фазового манипулятора 12, элемент 13 с релейной характеристикой с зоной нечувствительности . 1-3-4-5, 2-7-8-9-10-12-5, 9-11. 12, 5-1, 5-2, 1-13-10, 1-13-11. Выполнение дополнительного фазового детектора 2 квадратурным относительно фазового детектора 1 и выполнение формирователя 6 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль в виде усилителя-ограничителя 7, дифференцирующей цепи 8 и селектора 9 импульсов одной полярности позволяет упростить устройство, а использование элемента 13 с релейной характеристикой с зоной нечувствительности позволяет исключить ложное срабатывание фазового манипулятора 5. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 L 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853046/09 (22) 17,07.90 (46) 07,08.92. Бюл. N. 29 (71) Московский научно-исследовательский радиотехнический институт (72) C.А,Даниэлян. Ю,С.Щедров и Г,B,ßðoше вский (56) Авторское свидетельство СССР

Мг 930695, кл. Н 03! 7/10, 1979, (54) УСТРОЙСТВО ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ (57) Использование: система восстановления несущей, устройства тактовой синхронизации, синтезаторы частоты. Сущность изобретения; устройство содержит фазовые детекторы 1 и 2, фильтр 3 нижних частот, управляемый генератор 1, фазовый манипулятор 5, формирователь 6 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль, « Ы 1753592 А1 усилитель-ограничитель 7, дифференцирующую цепь 8, селектор 9 импульсов одной полярности, элементы И 10 и 11, управитель

12 фазового манипулятора 12, элемент 13 с релейной характеристикой с зоной нечувствительности, 1-3-4-5, 2-7-8 9-10-12-5, 9-11, 12, 5-1, 5-2, 1-13-10, 1 -13-11. Выполнение дополнительного фазового детектора 2 квадратурным относительно фазового детектора 1 и выполнение формирователя 6 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль в виде усилителя-ограничителя 7, дифференцирующей цепи 8 и селектора 9 импульсов одной полярности позволяет упростить устройство, а использование элемента 13 с релейной характеристикой с зоной нечувствительности позволяет исключить ложное срабатывание фазового манипулятора 5. 1 з.n,ô-лы, 2 ил.

1753592

Изобретение относится к радиотехнике и может исйользоваться в системах восстановления несущей, устройствах тактовой синхронизации, синтезаторах частот и других, в составе которых имеется система

ФАП.

Цель изобретения — упрощение устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг, 2 — диаграммы напряжения.

Устройство содержит соединенные в кольцо управляемый генератор 4, фазовый манипулятор 5, фазовый детектор (ФД) 1, другой вход которого является входом устройства, и фильтр 3 нижних частот, последовательно соединенные дополнительный

ФД 2, входы которого подключены параллельно входам ФД 1, формирователь импульсов в момент перехода напряжения через нуль, первый элемент И 11 и управитель манипулятора 13, второй элемент И 12, вйход которого подключен к другому входу управителя фазового манипулятора и элемент 7 с релейной характеристикой, вход которого йодключен к выходу фазового детектора, а противофазные выходы подключены к другим входам элементов И, д6полнительный ФД 2 выполнен квадратурным относительно ФД 1, вход второго эле"мента И 12 подключен .к выходу формирователя импульсов в моменты перехода йайряжения через нуль, выполненного в виде последовательно соединенных входного усилителя-ограничителя 8, дифференцирующей цепи 8 и выходного селектора 10 импульсов одной полярности.

Элемент с релейной характеристикой выполнен в виде элемента с релейной характеристикой с зоной нечувствительности.

Устройство работает следующим образом.

Пусть границы +U> и -U< — зоны нечувствительности элемента 7 — выбраны таким образом, что элементы И 11 и 12 в режиме слежения будут практически всегда закрыты, Тогда при любом направлении на выходе ФД 2 импульсы с выхода селектора 10 не будут проходить на управитель манипулятором 13 и не будет ложных срабатываний фазового манипулятора 5.

Пусть, однако, напряжения +U> и -14 таковы, что напряжение с выхода ФД 1 в режиме захвата, будет пересекать одно из них, как показано на фиг. 2, а (для положительной начальной частотной расстройки) напряжение на выходе ФД 2 показано на фиг, 26, на выходе усилителя-ограничителя

8 (фиг. 2в), на выходе дифференцирующей цепи 9 (фиг. 2г) и на выходе селектора 10 импульсов одной полярности (фиг. 2д). Напряжения на других входах элементов И 11 и 12 изображены на фиг. 2е, ж. Видно, что открыт элемент И 11 и что импульсы в мо5 менты, соответствующие фазовой ошибке

ФАП 90 проходят на управитель фазовым манипулятором 13, который заставляет фазовый манипулятор 5 переключаться так, что фазовая ошибка становит 90 - Л р. На

10 выходе фазового детектора 1 напряжение в режиме захвата имеет постоянную составляющую, которая не зависит от начальной расстройки по частоте, а зависит только от угла Лр За счет этой постоянной составля15 ющей, очевидно, и повышается относительная полосазахвата; в пределе, при Ьр- О, эта полоса стремится к единице, При отрицательной расстройке по частоте фаза выходного напряжения ФД 1 относительно Фд

20 2 изменяется на 180 (так как sin(-Qt) = -sin

-Я т), поэтому будет открыт элемент И 12 и переключение фазы будет производиться в моменты, соответствующие фазовой ошибке в -90 так, чтобы эта ошибка становилась

25 равной -90 + Лр

Как выбрать напряжение границ зоны нечувствительности? Очевидно в силу симметрии характеристик ФАП эти напряжения равны по величине и противоположны по

30 знаку.

В режиме слежения напряжение на выходе ФД 1 при заданных характеристиках узлов статической по фазе системы ФАП определяется лишь начальной частотной

35 расстройкой между входным сигналом и управляемым генератором 4 ФАП, Следовательно, наибольшее его значение определяется при тех же условиях — наибольшей возможной частотной расстрой40 кой, Статическая фазовая ошибка такой системы ФАП при тех же условиях обратно пропорциональна амплитуде входного сигнала.

Обычно статическая ошибка задается в тех45 ническом задании на ФАП и составляет чаще всего 3 — 7О, Тем самым для любой конкретной.ФАП, для которой заданы максимально допустимые начальная частотная расстройка и статическая ошибка, можно

50 определить наибольшее значение напряжения на выходе ФД 1 в режиме слежения и наименьшую амплитуду биений в режиме захвата:

4 %max

55 Осп = — т —, где &Max — наибольшая возможная начальная частотная расстройка;

К вЂ” коэффициент преобразования подстраиваемого генератора;

1753592

И Ла..„

Amia =

Pycxmax . КФАП

ГдЕ UAmln — МИНИМаЛЬНая аМПЛИтуда ВХОдНОго сигнала;

pc max — наибольшая допустимая статическая фазовая ошибка;

КФдп — коэффициент усиления ФАП;

КФАп = КФд КФнч Кг

Обычно Uca =(0,01, ..., 0,02)Цд„„п, Напряжение на выходе ФД 1 имеет аддитивную импульсную компоненту, параметры которой определяются наибольшей допустимой среднеквадратичной (динамической) ошибкой ФАП. Для конкретной

ФАП, зная ее наибольшую (пороговую) шумовую полосу и динамическую допустимую ошибку, можно определить наименьшее входное отношение сигнал/шум рак.

Л Ршп

- -- —..у.,„.. где Л Fun — пороговая величина шумовой полосы; сгд„— динамическая фэзовая ошибка;

ЛРак — полоса сигнала и шума на входе

ФАП.

Отсюда, считая входной шум нормальным, можно определить дисперсию шумовой компоненты на выходе ФД 1. Тогда абсолютная величина порога

t uï l > u„, + uaj (0-ø.) где Uaj (ош) — значение напряжения шумовой компоненты на выходе ФД 1, которое превышается с заданной вероятностью, желательной для разработчика ФАП, например.

1 0-3

В то же время, как следует из фиг, 2

I Оп < UAmln sin (Ы2 — Л) — Um (аш ) =

= 0дт!п sin (Ы2 + Л) — Ош (0ш )

Фактическая вероятность превышения порога в режиме слежения определяется напряжением

0шфакт (Oia) = 0пфакт - 0сл.

Следовательно, вероятность превышения порога и, следовательно, открывание элементов И в режиме слежения может быть сделано еще меньше. так как u, = (0,01, ..., 0,02)UAmln а Лр обычно меньше 45, Реакльные характеристики устройства будут еще лучше, поскольку для ложного срабатывания манипулятора необходимо одновременное открытие элемента И и наличие импульса на выходе соответствующего ФИПН, Напряжение на выходах ФД 1 и

2 в режиме слежения пропорциональны

0ФД1 = ASin P„;

ОФД2 = ACOS Pc

Для появления импульса на выходе селектора 9 необходимо наличие на выходе

ФД 2 маловероятного шемового выброса большой величины.

5 Известно, что шумовые напряжения на выходах квадратурных (ортогональных) фазовых детекторов в совпадающие моменты времени независимы, в этом случае вероятность одновременно открытия; например, 10 элемента И 11 и срабатывания селектора 10 равна произведению двух малых вероятностей. Это еще более понижает вероятность ложного срабатывания фазового манипулятора 5, 15 Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устройства зависит от области его применения.

Например, использование его в системе синхронизации для бортовой спутниковой

20 системы связи с обработкой сигнала на борту позволит отказаться от применения дорогих сверхстабильных бортовых задающих генераторов или устройств для их коррекции.

25 . Формула изобретения

1, Устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее соединенные в кольцо управляемый генератор, фазовый манипулятор, основной фазовый детектор, другой

30 вход котброго является входом устройства, и фильтр нижних частот, последовательно соединенные дополнительный фазовый детектор, входы которого подключены параллельно входам фазового детектора, 35 формирователь импульсов в момент перехо да напряжения через нуль, первый элемент

И и управитель манипулятора, выход которого подключен к управЛяющему входу фазового манипулятора, второй элемент И, 40 выход которого подключен к другому входу управителя фазового манипулятора, и элемент с релейной характеристикой, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а противофэзные выходы под45 ключены к другим входам элементов И, о т л» и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, дополнительный фазовый детектор выполнен квадратурным относительно фазового детектора, вход второго элемента И подклю50 чен к выходу формирователя импульсов в моменты перехода напряжения через нуль, выполненного в виде последовательно соединенных входного усилителя ограничителя, дифференцирующей цепи и выходного

55 селектора импульсов одной полярности.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч à ю щ е ес я тем, что элемент с релейной характеристикой выполнен в виде элемента с релейной ха рактеристикой с зоной нечувствительности.

1753592

Режим захвата а(ИП) б(ФД2) в(УС-ОГР.8) г(длф.цепь9) д(селектор)0) е(лр.вход,1П

<С ж(др. всод Л1 ) з(вн:сод Л ) в(в rx02t c1I3) Фиг.2

Составитель Л. Закс

Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор А, Ворович

Редактор М. Бланэр

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2775 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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