Устройство автоматической подстройки частоты Советский патент 1986 года по МПК H03L7/06 

канал, содержащий ФНЧ 5, ЦАП 7, ЦС 9, регистр 11, вычита ющий счетчик 13 и делитель частоты 14, замыкает контур грубой автоподстро йки частоты в широком диапазоне. .Погрешность подстройИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах, в которых используется преобразование частоты с автоматической подстройкой промежуточной частоты, например в дрецизионных фазометрах.

Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства авто- матической пс дстройки частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы команд, па которых.нижние уровни команд со- ответс твугат логическому нулю, верхние --логической единице. .

Устройство.автоматической подстройки частоты .содержит смеситель 1, перестранваемьп : гетеродин 2, сумма-тор 3, формирователь 4, фильтр 5 .1ПГЖПИХ частот, первый 6 и второй 7 цифроаналоговые преобразов атели, первый 8 и второй 9 цифровые сумматоры, первый 10 и второй .11 регистры, первый 12 и второй 13 вычитающие счетчики, первый делитель 14 частоты мультиплексор 15, компаратор 16, второй делитель 17 частоты, ключ 18 и эталонный генератор 19. Выход смесителя 2 является выходом устройства.

Устройство автоматической подстройки частоты работает следующим образом..

Смеситель 1 смешивает входной сигнал с частотой f и сигнал перестра г,«г

иваемого гетеродина 2 с частотой ± и выделяет сигнал промежуточной частоты { f . fс Промежуточна частота является стабилизируемым параметром устройства-автоподстройки частоты. Цепь обратной связ и устройства содержит два канала. Точный канал, содержащей элементы 6, 8, -10 и 12, замыкает контур точной автоподстройки частоты в узком диапазоне. Грубый

ки частоты перестраиваемого гетёро- дина 2 не превышает разрешения точного канала по частоте, и динамическая погрешность оказывается очень неболь- юй. 2 ил.

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. БьПтолнение формиро- 0 вателя - последовательное соединение порогового триггера и делителя частоты в два раза.

:Иа .ключе 18 период-промежуточной частоты заполняется импульсами эта- 5 лонного генератора 19, а полученная команда К (фиг. 2) поступает на счетные входы первого вычитающего счетчика 12 и второго делителя 17 частоты.

0 Первый делитель.14 частоты вырабатывает команды К и К (фиг. 2), управляющие точным и грубым канала- ми обратной связи. Длительности команд равны периоду промежуточной 5 частоты Т , а периоды Т и Tj. про- .порциональны Т , причем период Т- точного канала меньше периода Т. грубого.

Цифровой уз ел, состоящий из пер- 0 вого вычитающего счетчика 12,.первого регистра 10 и первого цифрового, сумматора 8, является техническим эквивалентом частотного дискриминатора и „ интегратора с цифровым 5 выходом. Действительно, на первьй ;вход первого сумматора 8 поступает код . первого регистра 10 . N. в /-ом такте его работы. На- .

второй вход первого сумматора 8 пос- 0 тупает код эталлонного значения периода промежуточной частоты, равный

N Т

эт пчч

S ;

где эталонный период промежуточной частоты;

частота эталлонного генератора 19.

Код суммы N.-f+Ng поступает на вход установки кода первого вычитающего счетчика 12. Потенциалом О 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

Н„. т„,-{

ит

. к моменту

окончания действия потенциала К. 1 .код первого вычитающего счетчика 12 оказывается равным N.-,-+N Мцт

По срезу команды К этот код заносится в первый регистр 10, для чего управляющий вход регистра должен быть дфтамическим (а не потенциальным) . Затем иотетшалом К О 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

где W., - код регистра.в предыдущем

такте;

AN - код ошибки по периоду промежуточной частоты, равный

,,-N,(T.,,-T,J.{.

Если период промежуточной частоты равен эталонному, то uN-j. 0,М,. N.,. и первый р-егистр 10 не изменяет своего состояния, т.е. узел обладает памятью по положению.

Следовательно, цифровой узел, вы- деляющий 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 б представляет собой технический эквивалент гетеродина, управляемого кодом.

Грубый канал обратной связи отличается от точного наличием фильтра 5

нижних частот, который 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,. -0, равно

- N.r-T,fJn,.

пч

где Ир - коэффициент деления частоты.

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

Третье отличие грубого канала от точного состоит в том, что код периода, по которому подстраивается частота гетеродина, заводится на второй цифровой сумматор 9 с мультиплексора 15. Когда открыт канал мультиплексора 15 с кодом эталонного зг ачения периода промежуточной частоты в масштабе грубого канала N пцэ э/ г то работа грубого канала не отличается от работы точного. В этом случае каждый из двух замкнутых контуров автоподстройки частоты (замыкаю- щи: Сся 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, соответствующие двум каналам обратной связи. В установившемся режиме частоту гетеродина можно считать равной

lfr--SrH.. где S.p и Sp - веса кодов точного и

грубого каналов; Н. - код второго регистра 11 в j -ом такте его- работы.

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

Разрешение точного канала по частоте равно

,,

где ЛМ -J. - значение кода, равного

единице младшего разряда.

Полоса захвата точного канала равна

,

КТ

где t максимальное значение кода первого регистра 10.

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

Вес кода грубого канала выбирают достаточно большим для обеспечения требуемой- полосы- захвата, равной

fnr--SrN,.,..

где Mf;,p максимальное значение кода второго регистра 11.

Но вес младшего разряда кода грубого канала оказывается тогда боль- шям, т.е. разрешение канала оказывается низким. Следовательно, грубый канал нечувствителен к малым отклонениям промежуточной частоты.

При включении устройства грубьй канал подстраивает частоту гетеродина с точностью, достаточной для попадания промежуточной частоты в нолосу захвата точного канала. Для этого вес младшего разряда кода грубого канала должен быть меньшим, чем полоса захвата точного, канала, т.е. диапазоны представления частот цифровых узлов доллшы перекрываться.

После захвата промежуточной частоты точным каналом частота гетеродина подстраивается с разрешением, равным разрешению точного канала. Отклонени 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 промелсуточная частота может выйти из полосы захвата (удержания) точного канала. Например, если частота сигнала линейно возрас- тает 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 55 регистра переходит через максимальное значение, что является срывом слелш- ния за частотой.

5

0

5

5

5

0

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

Компаратор 16 сравнивает код первого регистра 10 с порогами N и No . Если код находится в допустимой зоне, то мультиплексор 15 подключает к второму цифровому сумматору 9 канал .с эталонным кодом периода таком случае грубый канал работает, как это было описано ранее.

Если код первого регистра 10 выхо-. дит из допустимой зоны вверх или вниз, то мультиплексор 15 подключает к второму сумматору 9 каналы с кодами .

N

эт

+ N,

или М Н п соответственно, где К - код поправки. Тогда в результате работы грубого канала в следующем такте на первом ре- 10 устанавливается кодМ/|.р

Так как

в установившемся режиме сигнал ошибки

в грубом канале отсутствует, то

(i + i)r vr - 1- ° поправки выбирают таким, чтобы его вес был равен весу половины интервала от К. доМа точного канала. Тогда после внесения поправки код первого регистра 10 возвращается примерно в середину интервала отН, доЫ , чем предотвращается 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 превьш1ает. разрешения точного канала по частоте и динамическая погрешность оказывается очень небольшой. ..

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

Формула изобретения

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 эталонньй генератор, первый вьгчитающий счетчик, к управляющему ВХОДУ которого подключен выход формирователя через первый де- .литель частоты, первьй регистр, уп- ;равляющйй вход которого соединен с вторым входом первого вычитающего счетчика, и первый цифро аналоговый преобразователь, причем выходы первого регистра через первый цифровой сумматор, другие входы которого явля- Ьтся входами установки кода эталонной час тоты, соединен с третьим вхо- дом установки кода первого вычитающего счетчика , о т л и ч а ю щ е-

Тт

Редактор А. Ревин

Составитель С. Даниэлян

Техред И.Попович Корректор Е. Рошко

Заказ 2660/57

Тираж 816

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

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 делителя частоты, второй цифроанало- говый преобразователь, фильтр нижних частот и сумматор, другой вход которого соединен с выходом первого циф- роаналогового преобразователя, между выходом первого регистра и входом установки кода второго вычитающего счетчика включены последовательно со- единенные компаратор, второй и третий входы которого являются входами для подачи фиксированных кодов, мультиплексор, второй, третий и четвертый входы которого являются входами для подачи фиксированных кодов, и второйциф- ровой сумматор, другие входы которого сое динены с выходами второго регистра.

.г

Подписное

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)