Устройство фазовой автоподстройки частоты Советский патент 1985 года по МПК H03L7/10 

(Л С

УСТРОЙСТВО ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРрЙКИ ЧАСТОТЫ по авт. св. № 1012444 о т л а ю щ е ё с я тем, что, с целью повышения быстродействия, между .выходом эталонного генератора и входом установки нуля делителя частоты включены последовательно соединенные формирователь импульсов и элемент И, а между выходами выделителя разностной частоты и другим входом элемента И включен третий элемент.ИЛИ.

О5

о ел

о

4 Изобретение относится .к радиотехнике и может быть использовано в быстродействующих широкодиапазонных системах с.инхронизации, синтезаторах частоты радиоизмерительных устройств, где требуется установившаяся ошибка по фазе, близкая к нулю По основному авт. св. № 1012444 известно устройстйо фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), содержащее соединеннее в кольцо перестраиваемый генератор, делитель щстоты, фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, выход которого соединен с первым управляющим входом перестра иваемого генератора, причем первый вход фазового детектора соединен с выходом делителя частоты, а второй - с выходом эталонного генератора, канал грубой подстройки частоты перестраиваемого генератора, вклю чающий соединенные последовательно выделитель разностной частоты, входы которого соединены с выходами эталонного генератора и делителя частоты, реверсивный счетчик, преобразователь цифра - аналог, второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым управляющим входом пере страиваемого генератора, а также фа.зовый компаратор и два элемента ИЛИ, причем входы фазового компаратора соединены с выходами эталонного генератора и делителя частоты, а выхо-ды, фазового компаратора соединены .с первыми входами двух элементов 1-ШИ вторые входы которых подключены к выходам выделителя разностной частоты, при этом выходы элементов ИЛИ соединены с входами реверсивного счетчика О Однако известное устройство обла дает значительным временем переходного процесса при перестройке генератора по диапазону. Это объясняется тем, что при.больших частотных расстройках сигналов эталонного и перестраиваемого генераторов изменение состояния реверсивного счетчика про исходит в основном за, счет импульсо поступающих с вьщелителя разностной частоты (один раз за период разност ной частоты). При уменьшении расстройки (разностной частоты) основной причиной изменения состояния реверсивного счетчика становится по ступление импульсов с фазового компаратора (с частотой эталонного сиг нала). Учитывая, что разность фаз сигналов, поступающих на фазовый компаратор в процессе подстройки йринимает как положительные, так и отрицательные значения, код реверсивного счетчика изменяется как в сторону увеличения, так и уменьшения. Поэтому в течение части периода сигнал, поступающий на перестраиваемый генератор по грубому каналу подстройки, производит не подстраивающее, а расстраивающее действие. При увеличении инерционности (уменьшении полосы удержания) точного канала подстройки за счет этого эффекта существенно увеличивается длительность переходного процесса Цель изобретения -повышение быстродействия. . Для этого в устройстве ФАПЧ, содержащем соеди11енные в кольцо перестраиваемый генератор, делитель частоты, фазовый детектор, первый фильтр нижних частот, выход которого соединен с первым управляюа1им входом перестраиваемого генератора, причем пер- . вый вход фазового детектора соединен с выходом делителя частоты, а второй с выходом эталонного, генератора, а также канал грубой подстройки частоты перестраиваемого генератора, включающий последовательно соединенные , . выделитель разностной частоты, входы которого Соединены с выходами эталонного генератора и делителя частоты, реверсивный счетчик, преобразователь цифра -. аналог, второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым управляющим входом перестраиваемого генератора, а также фазовый компаратор и два элемента ИЛИ, причем входы фазового компаратора соединены с выходами эталонного генератора и делителя частоты, а выходы фазового компаратора соединены с первыми вхо- . дами двух элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены к двум выходам вьщелителя разностной частоты, при этом выходы элементов ИЛИ соединены с входами реверс шного счетчика, между выходом эталонного Генератора и входом установки нуля делителя частоты включены последовательно соединенные формирователь .импульсов и элемент И, а между выходами выделителя разностной частоты и другим входом элемента И включен третий элемент ИЛИ. На фиг, 1 показана схема предлагаемого устройства ФА1ТЧ; на фиг. 2 временные диаграммы работы устройст ва ФАПЧ. Устройство содержит перестраивае мый генератор 1, делитель 2 частоты фазовый детектор 3, эталонный генер тор 4, первый.фильтр 5 нижних часто выделитель 6 разностной частоты, ре версивный счетчик 7 „преобразователь 8 цифра - аналогJ второй фильтр 9 нижних частот, фазовый компаратор 10, первый 11 и второй 12 элементы ИЛИ, формирователь 13 импульсов, третий элемент 1ШИ 14 и элемент И 15. Устройство работает следующим образом. При расстройках, больших полосы захвата кольца ФАПЧ, на выходе фазового детектора 3 имеется переменное напряжение, частота которого равна частоте биений, периодически изменяю щее через первый фильтр 5 нижних час тот частоту перестраиваемого генератора 1 в пределах полосы удержания кольца ФАПЧ. Подстройка частоты пере страиваемого генератора 1 к частоте эталонного генератора 4 осуществляет ся в основном по грубому каналу. Поскольку узлы выделителя 6 разностной частоты и фазового компаратора 1 обычно выполняются в цифровом виде, считаем, что формирование импульсов требуемой длительности происходит , в блоках 6 и 10. При больших частотных расстройках подстройка по грубому каналу произво дится в основном за счет действия выделителя 6 разностной частоты, а при меньших расстройках преобладагаще влияние оказывает сигнал, поступающий с фазового компаратора 10. Для устранения расстраиваемого действия грубого канала подстройки. в предлагаемом устройстве производит ся принудительная циклическая устано ка разности фаз сравниваемых сигнало () вснкий раз, когда изображающа точка переходит на участок движения, соответствующий обратному изменению кода, в реверсивном счетчике (участкиТ.) фиг. .2). Б результате этогосигналы, поступающие на фазовый детектор 3 и фазовый компаратор 10, всегда имеют такое фазовое рас- . согласование, при котором обеспечивается изменение состояния реверсивRoro счетчика 7 только в направлении уменьшающем начальную частотную расстройку (фиг. 2&, кривая 2). Для определения моме.нта принудительной установки разности.фаз используются сигналы с выходов выделителя 6 разностной частоты. Они появляются именно в те моменты времени, когда разность фаз сравниваемых сигналов превьшает значения кратные t2f, после.этого в известном устройстве изображающая.точка попадает на участок движения с возрастанием частотной расстройки. В предложенном устройстве эти з астки движения ликвидируются за счет принудительного воздействия на фазу сигнала, поступающего от перестраиваемого генератора 1, путем сброса в .О делителя 2 .частоты. Момент сброса в О делителя 2 определяется элементом И 15 при условии появления импульса на одном из выходов выделителя 6 разностной частоты (в зависимости от знака начальной частотной расстройки) и поетуплении импульса с выхода формирователя 13 импульсов. Причем для реализации условия Чк Т необходимо иметь форму сигнала эталонного генератора 4, близкую к меандровой, и формировать импульсы, поступающие на элемент И 15 из соответствующего, фронта сигнала эталонного генератора 4., Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы длительность импульсов, поступающих с выделителя 6 разностной частоты, была не менее половины периода эталонного сигнала. На фиг. 2« приведены диаграммы работы известного устройства и приняты следующие обозначения: FCMCt))нормированное напряжение биений на выходе фазового детектора 3 при пилообразной характеристике фазового цетектора); - имщгльсы. . . . эг сформированные из сигнала эталонного генератора 4, частота следования которых равна частоте эталонного генератора; и-)- - импульсы, поступающие с фазового компаратора 10 на вход сложения реверсивного счетчика 7; и- - №1пульсы, поступающие на вход вычитания реверсивного счетчика 7; Ugpn - импульсы на выходе выделители 6 разностной частоты; интервалы времени, в течение оторых происходит обратный счет реверсивного счетчика 7 (цифровой интегратор увеличивает частотную рас- / стройку). На фиг. 2f иллюстрируется работа предложенного устройства ФАПЧ. На фиг. 2Ь показано изменение частотно ра.сстройки в известном устройстве . (кривая 1) и. предлоя нном (кри1зая 2) и приняты следующие обозначения: Л - частотная расстройка меязду сравниваемыми сигналами; о - начальная частотная расстройка; д- изменение частотной расстройки при смене кода рёверсШного счетчика из единицу;

/и

kn 11 полоса захвата кольца ФА11Ч по точному каналу управления. Преимущество предложенного устройства ФАПЧ по сравнению с известным состоит в повьшении быстродействия. Как видно из фиг. 2Ь время переходного процесса в предложенном устройстве при одинаковых начальных . условиях в данном случае в 3 раза меньше, чем в известном устройстве, при этом выигрыш от использования предложения возрастает с увеличением начальных частотных расстроек и инерционности точного канала управления.