Устройство фазовой автоподстройки частоты

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнапнстнческнх

Республик (»>930695

\ р

Р (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Закалено 24.10.79 (2>) 2836063/18-09 с присоединением заявки № (23) Приоритет (53)М. Кл.

Н 03 (. 7/10 (осударственный квинтет ио лелем изобретений и открытий

Опубликовано 23. 05. 82. Бюллетень № 19

fl,àòà опубликования описания 25 . 05 . 82 (53) УДК 62! ° 396. .61(088.8) Я ро01 е вс Кий

1 ) .ъ

ТЕХ"!,""- ;;;:. - . .: (72) Авторы изобретения

С.А. Даниэлян, Ю.С. Цедров и Г

ЬИБЛЕОТЕ - „ (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ

ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах выделения опорной или тактовой частоты.

Известно устройство фазовой авто5. подстроики частоты, содержащее соединенные в кольцо подстраиваеиый генератор, фазовый манипулятор, первый фазовый детектор, другой вход которого является входом устройства, и

10 фильтр нижних частот, а также включенные последовательно между выходом и управляющим входом фазового манипулятора второй фазовый детектор, первый Формирователь импульсов в моменты 1 перехода напряжения через нуль, первый элемент И и управитель манипулятором, включенные последовательно между другим выходом фазорасщепителя и другим входом управителя манипулятора, третий фазовый детектор, второй формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль и второй элемент И, при этом другие входы второго и третьего фазовых де текторов соединены с входом устройст ва (1) .

Однако в известном устройстве не использованы все ресурсы расширения полосы захвата.

Цель изобретения — расширение полосы захвата.

Цель достигается тем, что в устройстве фазовой автоподстройки частоты., содержащем соединенные в кольцо подстраиваемый генератор, фазовый манипулятор, первый фазовый детектор, другой вход которого является входом устройства, и фильтр нижних частот, а также включенные последовательно между выходом и управляющим входом

Фазового манипулятора второй фазовый детектор, первый формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль,. первый элемент И и управитель манипулятором, включенные последовательно между другим выходом

3 93069 фазорасщепителя и другим входом управи теля манипулятора, третий фазовый детектор„второй формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль и второй элемент И, при этом другие входы второго и тре. тьего фазовых детекторов соединены с входом устройства, к выходу первого фазового детектора подключен усилитель-ограничитель, противофазные 1О выходы которого подключены к входам первого и второго элементов И, фазовый манипулятор выполнен с дискретI ностbe установки фазы + 2hg, а выходные сигналы фазорасщепителя смещены пс фазе относительно входного на

{ — + АУ) и (— - АУ).

2 2

Кроме того, фазовый манипулятор выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя синусоидального напряжения в импульсное, делителя частоты, дешифратора и мультиплексера, входы управления которого подключены к выходам управителя манипулятором, выполненного в виде реверсивного счетчика. Кроме того, фазовый манипулятор выполнен в виде соединенных параллельно синфазного и квадратурно. го каналов, причем каждый канал содержит коммутируемый усилитель, вход управления которого подключен к выходу управителя манипулятором, выполненного из. последовательно соединенных р версивного счетчика, дешифратора: преобразовательной матрицы, причем выходы преобразовательной мат3S, рицы являются выходами управителя манипулятором, а входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вто40 рым элементами И.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 и 3 - структурные электрические схемы фазового манипулятора и управителя манипулятором; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства..

Устройство содержит первый 1 второй 2 и третий 3 фазовые детекторы {ФД), фильтр 4 нижних частот (ФНЧ), подстраиваемый генератор (ПГ) 5, фазовый манипулятор 6, усилитель-ограничитель 7, фазорасщепитель, образованный двумя Фазовращателями 8 и первый формирователь 10 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль {ФИПН), первый элемент И 11, второй ОИПН 12, второй элемент И 13, 5 ф управитель 14 манипулятором {УМ), кроме того фазовый манипулятор 6 (фиг. 2) состоит из преобразователя 15 синусоидального напряжения в импульсное, делителя 16 частоты, дешифратора 17 и мультиплексера 18, а фазовый манипулятор 6, имеющий вход 19, (° фиг. 3), состоит из фазовращателя 20, коммутируемых усилителей (КУ) 21 и

22 синфазного и квадратурного каналов и сумматора 23, УМ 14 (фиг. 3) содержит реверсивный счетчик 24, дешифратор 25 и преобразовательную мат.рицу 26.

Работа устройства в режиме вхождения в синхронизм.

Пусть расстройка между частотой входного сигнала и частотой ПГ 5 больше нуля. Тогда напряжения биений .на выходах ФД 1-3 соответствуют эпюрам на фиг. 4а, б, в. Первый ФИПН 10 Формирует импульсы в местах перехода чет рез нуль напряжения с выхода ФД 2 (фиг. 4), а второй ФИПН 12 - в местах перехода через нуль напряжения с выхода ФД 3 (фиг. 4ф . Эти импульсы проходят соответственно на первые входы первого 11 и второго 13 элементов И. Напряжение с прямого выхода усилителя-ограничителя 7 (Фиг. 48) отпирает первый элемент И 11, а напряжение с инверсного выхода усилите ля-ограничителя 7 запирает второй элемент И 13. В результате на УМ 14 проходят только импульсы с ФИПН 10.

В момент прихода этих импульсоз УМ 14 формирует команду для фазового манипулятора 6 на изменение фазы проходящего через него колебания ПГ 5 на

-26.(p, вследствие чего изменяются на этот же угол фазы выходных напряжений

ФД 1-3. Поэтому на выходе ФД 1 напряжение биений принимает форму, показанную на фиг. 4а. Под воздействием постоянной составляющей этого напряжения происходит затягивание системы фазовой автоподстройки частоты {ФАПЧ) в синхронизм.

Если частотная расстройка отрицательна, то предлагаемое устройство работает аналогично описанному выше.

Однако теперь фазовая ошибка имеет противоположный знак, поэтому открывается второй элемент И 13 в момент прихода на УМ 14 импульсов второго

ФИПН 12, фаза манипулятора изменяется на +26 . В результате напря><ение на выходе ФД 1 соответствует фиг. 4 б

930695 чо форме, но имеет отрицательную полярность.

В режиме слежения напряжение на выходах ФД 2 и 3 постоянные, поэтому на выходах ФИПН 10 и 12 нет импульсов, и устройство работает как обычная схема ФАПЧ.

Очевидно, результирующая полоса захвата определяется величиной постоянной составляющей напряжения ФД, т.е. величиной угла манипуляции (p. ,Придир - 0 полоса захвата равна полосе удержания. Реальная минимальнодопустимая величина дф определяется задержками в элементах устройства относительно наибольшей возможной частоты биений, а также допустимой сложностью

УМ 14 и фазового манипулятора 6..

Относительные величины полосы захвата, равные постоянной составляющей выходного напряжения ФД 1, в зависимости от Щ, приведены в табл.1.

Т а б л и ц а 1

А(Р (Й/2 ) /4 / 9/6 ) 7/8 t О

0,637 0,898 0 955 0 975 1

К 2 4 6 8 ео

Для оценки сложности УМ 14 фаза- вого манипулятора 6 в табл. 1 приведено также необходимое для манипуляции фазы число позиций Й Фазового манипулятора 6.

В тех случаях, когда в качестве

ПГ 5 можно применить генератор повышенной частоты, фазовый манипулятор 6 и УМ 14 могут быть выполнены по схеме фиг. 2.

В этой схеме на выходах дешифратора 17 получаются сдвинутые на 20/й импульсы. В мультиплексере 18 в соответствии с кодом реверсивного счетчика YM 14 один из этих импульсов подключается к выходу и проходит на ФД 1 и к фазовращателям 8 и 9.

КаждОму изменению кода реверсивного счетчика УМ 14 на +1 соответствует переключение мультиплексера IS на импульсы, фаза которых отличается от фазы предыдущих импульсов на -2 д(, а при изменении кода на -1 фаза импульсов на выходе мультиплексера 18 изменяется на +2д .

Устройство по схеме фиг. 2 может быть выполнено полностью на интегральных цифровых микросхемах.

5 !

Если собственная частота ПГ 5 примерно равна частоте входного сигнала, УМ 14 и фазовый манипулятор 6 могут быть выполнены по схеме фиг.3.

В схеме фиг. 3 изменение фазы колебания ПГ 5 производится путем разложения этого колебания на квадратурные составляющие и сложения их с равным весом. Здесь фазовый манипулятор 6 образован первым и вторым коммутируемыми усилителями 21 и 22, первый из которых соединен с выходом

ПГ 5 непосредственно, а второйчерез фазовращатель 20 Hà (2. Выходы коммутируемых усилителей 2 1 и 22 подключены к сумматору 23, выход которого является выходом фазового манипулятора 6. УМ 14 представляет собой последовательно соединенные ре-, версивный счетчик 24, дешифратор 25 и преобразовательную матрицу 26.

Си гналы, определяющие величину коэффициентов усиления коммутируемых усилителей 21 и 22, формируются преобразовательной матрицей 26 по сигналу с выхода дешифратора 25. Таким образом, фаза сигнала на выходе сумматора 23 определяется кодом ревер сивного счетчика 24, а порядок переключения Фазы - направлением счета этого реверсивного счетчика 24, В табл. 2 .в качестве числового примера даны значения коэффициентов усиления коммутируемых усилителей 21 и 22, код реверсивного счетчика 24 и значение фазы колебаний на выходе сумматора 23 для (12zql)= 30 .

Технико-экономический эффект предложенного .уст рой ст ва определяется расширением полосы захвата, что дает возможность применения более простых, а следовательно, и более дешевых генераторов частот источников сигнала, а также расширить допустимые пределы допплеровского смещения частоты в измерителях скорости, частоты и т.п. или повысить .помехоустойчивость радиотехнических устройств, в которых применяется предлагаемое техническое решение за счет резкого обужения шумовой полосы ФАПЧ при сохранении заданной полосы захвата.

930695

Таблиц а 2

Ф

6 7 8 9 10!

1 12

1 2 3 4 5

Код реверсивного счетчика (десятичный) Коэффициенты усиления

КУ 21

1 1 1/2 0 — 1/2 -1 -1 — 1 -1/2 0 1/2 1

0 1/2 1 1 1 1/2 0 -1/2 -1 -1 — 1 — 1/2

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330

КУ 22

Фаза

Формула изобретения >s

1. Устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее соединенные в кольцо подстраиваемый генератор, фазовый манипулятор, первый фазовый детектор, другой вход которого го является входом устройства, и фильтр нижних частот, а также включенные последовательно между .выходом и управ.ляющим входом фазового манипулятора второй фазовый детектор, первый фор- 2s мирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль, первый элемент И и управитель манипулятором, включенные последовательно между другим выходом фазорасщепителя и другим зв входом управителя манипулятора, третий фазовый детектор, второй формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль и второй элемент И, при этом другие входы второго и третьего фазовых детекторов соединены с входом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения полосы захвата, к выходу первого фазового детектора подключен усилитель-ограничитель, противофаэные вь1ходы которого подключены к, входам первого и второго элементов И, фазовый манипулятор выполнен с дискретностью установки "фазы 2Щ, 45 а выходные сигналы фазорасщепителя смещены по фазе относительно входного г ""1 (М

2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что фазовый манипулятор выполнен в виде последовательйо соединенных преобразователя синусоидального. напряжения в импульсное, делителя частоты, дешифратора и мультиплексера, входы управления которого подключены к выходам управите я манипулятором, выполненного в виде реверсивного счетчика.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что фазовый манипулятор выполнен.в виде соединенных параллельно синфазного и квадратурного каналов, причем каждый канал содержит коммутируемый усилитель, вход управления которого подключен к выходу управителя манипулятором, выполненного из последовательно соединенных реверсивного счетчика, де-. шифратора и преобразовательной матрицы, причем выходы преобразовательной матрицы являются выходами управителя манипулятором, а входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым элементами И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2755613/09, кл. Н 03 В 3/04, 20.04.79.