Устройство тактовой синхронизации многоканального сигнала Советский патент 1987 года по МПК H04J3/06 H04L7/02 

11

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться в системах выделения тактовой частоты радиолиний с многолучевым распро- стргрнением сигнала, сетях передачи информации, помехозащищенных система связи и в других случаях, когда для выделения тактовой частоты имеется несколько копий сигнала с разными задержками, но одной и той же тактовой частотой.

Це&1ью изобретения является повышение помехоустойчивости.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства тактовой синхронизации многоканального сигнала; на фиг.2 - вариант выполнения кругового фазовращателя и астатического звена.

Устройство тактовой синхронизации многоканального сигнала содержит п каналов обработки сигнала, в состав каждого из которых входят управляемый круговой фазовращатель 1, ключ 2, астатическое звено 3, алгебраический сумма тор 4, фазовый детектор 5, амплитудный детектор 6, первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ) 7 и 8, пороговый блок 9, функциональный делитель 10, перемножитель 11, элемент задержки 12, регулируемый усилитель 13 и дополнительный управляемый круговой фазовращатель 14, а также сумматор 15, дополнительный сумматор 16 и блок фильтрации тактовой частоты (ТЧ) 17, выполненный в виде кольца фазовой автодод стройки частоты (ФАПЧ), в состав которого входят входной фазовый детектор 18, петлевой фильтр йижних часто (ФНЧ) 19, управляемый генератор 20 и индикатор синхронизации 21, управлемый круговой фазовращатель 1 и дополнительный управляемый кр уговой фазовращатель 14 выполнены идентично и содержат блок сдвига фазы на п/2 22 (26) э первый и второй перемножители 23 и 24 (27 и 28) и сумматор 25 (вычитатель 29), а астатическое звен 3 содержит преобразователь 30 напряжение - частота, реверсивный счетчик 31 и преобразователь кодов 32.

Устройство тактовой синхронизации многоканального сигнала работает следующим образом.

На входы п каналов обработки сигнала подаются канальные сигналы в

смеси с щумом, в спектре которых

должна присутствовать составляющая тактовой частоты (ТЧ).

До появления сигналов в каналах обработки сигнала на их входы подается только шум, поэтому напряжения на выходах амплитудных детекторов и, следовательно, на входах пороговых блоков ниже порога , срабатывания и ключи разомкнуты. Поэтому на входе блока фильтрации ТЧ 17 суммарное выходное напряжение равно нулю, синхронизм отсутствует и индикатор синхронизма кольца ФАЛЧ 21 устанавливает постоянные времени астатических звеньев- большими, больше постоянной времени блока фильтрации ТЧ 17. Управляемый круговой фазовращатель i-l,, и до0

Q

0

5

0

15

полнительные управляемые 14-14.. круговые

фазовращатели - в произвольном состоянии.

Пусть сигналы, содержащие составляющие ТЧ, одинаковой для всех кана- 5 лов обработки сигнала, различающиеся по амплитуде и задержке, появляются в некоторых или во всех каналах -обработки сигнала. Тогда напряжение на выходах амплитудных детекторов 6 в тех каналах обработки сигнала, где появились сигналы, станет отличньм от нуля и там, где амплитуда сигналов достаточно велика, превысят пороги срабатывания пороговых блоков 9, Тогда пороговые блоки 9, сработав,, замкнут в соответствующих каналах обработки сигнала ключи 2 и на выходе сумматора 15 появится напряжение, в котором составляющая ТЧ равна векторной сумме составляющих этой частоты в тех каналах обработки сигнала, где замкнуты ключи 2.

По напряжению с выхода сумматора 15 кольцо ФАПЧ блока фильтрации ТЧ 17 входит в синхронизм, при этом частота напряжения управляемого генератора 20 кольца ФАПЧ становится равной тактовой частоте, а фаза отличается от фазы выходного сумматора 15 на 90 - d Ч , где d ч фазовая ошибка кольца ФАПЧ. Поскольку в процессе вхождения индикатор синхронизма 21 кольца ФАПЧ не срабатывает, постоянная времени астатических звеньев 3 „ остается больщой, и управляемые круговые фазовращатели Ц 1 и дополнительные управляемые круговые фазовращатели 14,-14 не успевают заметно изменить своего состояния.

31352661

По окончании вхождения в синхронизм срабатывает индикатор синхронизма 21, который при этом устанавливает постоянные времени астатических звеньев меньшими, чем постоянная времени кольца ФАГГЧ блока фильтрации ТЧ 17, при этом петли регулирования фазы (задержки) на входах

няться за время, в течение которого петля регулирования, состоящая из фазового детектора 5, алгебраического сумматора 4, астатического звена 3 и управляемого кругового фазовращателя 1 изменит фазу выходного сигнала данного канала обработки сигнала

так, что она станет равна фазе выход- каналов обработки сигнала становятся кого напряжения остальных работающих

более широкополосными и, следовательно, более быстродействующими чем кольцо ФАГГЧ.

Напряжение на вькоде фазового детектора 5 работающего канала обрабо.т- 15 ки сигнала пропорционально расфази- ровке выходного сигнала управляемого кругового фазовращателя 1 относительно выходного напряжения управляемого генератора 20: оно равно нулю, когда 20 расфазировка равна 90°, Это напряжение проходит через алгебраический сумматор 4 и астатическое звено 3 на управляющий вход управляемого кругового фазовращателя 1, изменяя его 25 состояние так, чтобы напряжение ошибки на выходе фазового детектора 5 стало равным нулю. Следовательно, фазы выходных напряжений всех работающих каналов обработки сигнала после зо установления синхронизма становятся одинаковыми и отличаются от фазы, управляемого генератора 20 на 90°.

Пусть теперь после установления синхронизма в одном из пустых прежде каналов обработки сигнала, где пороговый блок 9 держал ключ 2 разомкнутым, появится сигнал. Тогда аналогично описанному цепь амплитудный детектор 6, второй ФНЧ 8 и пороговый блок до 9 эторо канала обработки сигнала замыкает ключ 2 и на первом входе фазового детектора 5 и на входе сумматора 15 появляется напряжение этого

35

каналов обработки сигнала и будет как и они отличаться от фазы выходного напряжения управляемого генератора 20 кольца ФАПЧ на 90°.

Рассмотрим случай, когда в одном из работающих каналов обработки сигнала напряжение сигнала уменьшится ниже порога срабатывания порогового блока 9 или пропадет со всем. При этом напряжение на выходе амплитудного детектора 6 этого канала обработки сигнала уменьшится или станет равным нулю,пройдя через второй ФНЧ 8 и пороговый блок 9 этого канала обработки сигнала, оно вызовет размыкание: ключа 2 этого канала обработки сигнала. Таким образом испортившийся канал обработки сигнала с згхудшившимся отношением сигнал - шум будет отключен от сумматора 15 и не будет ухудшать фильтрацию напряжения тактовой частоты блоком фильтрации ТЧ 17.

Таким образом, после установления в устройстве синхронизма появление и или пропадание сигналов любых каналов обработки сигнала, кроме случая пропадания всех сигналов одновременно, не влияет на фазу напряжения ТЧ на выходе управляемого генератора 20 кольца ФАПЧ.

В случае одновременного пропадания сигналов всех каналов обработки сигнала аналогично описанному для одного канала обработки сигнала будут

сигнала. На выходе фазового детектора 45 Разомкнуты ключи 2 всех работающих 5 этого канала обнаружения сигнала . каналов обработки сигнала, поэтому

сумматор 15 будет отключен от всех каналов обработки сигнала и шумы с их входов не будут проходить на вход блока фильтрации ТЧ 17. В этих условиях изменение во времени фазы выходного напряжения управляемого генератора 20 определяется конструкцией блока фильтрации ТЧ 17.

появляется напряжение ошибки, которое через алгебраический сумматор 5 и астатическое звено 3 проходит на управляющий вход управляемого кругового фазовращателя 1 этого канала обработки сигнала.

Так как устройство находится в синхронизме, постоянная времени всех астатических звеньев меньше ,постоянной времени кольца ФАПЧ блока Фильтрации ТЧ 17, поэтому фаза выходного напряхсения управляемого генератора 20 не успевает заметно изменяться за время, в течение которого петля регулирования, состоящая из фазового детектора 5, алгебраического сумматора 4, астатического звена 3 и управляемого кругового фазовращателя 1 изменит фазу выходного сигнала данного канала обработки сигнала

так, что она станет равна фазе выход- кого напряжения остальных работающих

каналов обработки сигнала и будет как и они отличаться от фазы выходного напряжения управляемого генератора 20 кольца ФАПЧ на 90°.

Рассмотрим случай, когда в одном из работающих каналов обработки сигнала напряжение сигнала уменьшится ниже порога срабатывания порогового блока 9 или пропадет со всем. При этом напряжение на выходе амплитудного детектора 6 этого канала обработки сигнала уменьшится или станет равным нулю,пройдя через второй ФНЧ 8 и пороговый блок 9 этого канала обработки сигнала, оно вызовет размыкание: ключа 2 этого канала обработки сигнала. Таким образом испортившийся канал обработки сигнала с згхудшившимся отношением сигнал - шум будет отключен от сумматора 15 и не будет ухудшать фильтрацию напряжения тактовой частоты блоком фильтрации ТЧ 17.

Таким образом, после установления в устройстве синхронизма появление и или пропадание сигналов любых каналов обработки сигнала, кроме случая пропадания всех сигналов одновременно, не влияет на фазу напряжения ТЧ на выходе управляемого генератора 20 кольца ФАПЧ.

В случае одновременного пропадания сигналов всех каналов обработки сигнала аналогично описанному для одного канала обработки сигнала будут

Разомкнуты ключи 2 всех работающих каналов обработки сигнала, поэтому

сумматор 15 будет отключен от всех каналов обработки сигнала и шумы с их входов не будут проходить на вход блока фильтрации ТЧ 17. В этих условиях изменение во времени фазы выходного напряжения управляемого генератора 20 определяется конструкцией блока фильтрации ТЧ 17.

Благодаря астатизму петель регулирования фазы в каналах обработки сигнала во время пропадания сигналов в этих каналах обработки сигнала управляемые круговые фазовращатели 1 сои. - входные напряжения сигнал

каналов обработки сигнала Для получения этого напряжения с выходов амплитудных детекторов 6 6|, через первые ФНЧ суммирую дополнительным сумматором i 6 и под ются на вторые входы функциональнь делителей 10,-10, первые входы ко рых соединены с выходами первых ФН 7., -7 соответствующих каналов обра ботки сигнала, таким образом получ

ется частное

и„(х:.и

Напряжени

храняют свое состояние. Индикатор синхронизма 21 при отсутствии суммарного сигнала на входе блока фильтрации ТЧ 17 индицирует отсутствие синх- , ронизма кольца ФАПЧ, поэтому постоянные времени всех астатических звеньев устанавливаются большими. Однако, если фазы сигналов каналов обработки сигнала и фаза управляемо- ю го генератора 20 за время отсутствия всех сигналов почти не изменились, в момент появления всех или части сигналов фазы напряжения на выходах каналов обработки сигнала благодаря 15 астатизму петель регулировки фазы по-прежнему будут равны друг другу и отличаться от фазы управляемого генератора 20 на 90°. Обычно скорость из-, менения фазы выходного напряжения 20 управляемого генератора 20 больше, чем скорость изменения выходного напряжения в астатических звеньях 3i- 3 , в этом случае напряже5п-1я на выхо- ,дах каналов обработки сигнала в мо- 25 мент их появления после замирания имеют сразу одинаковую фазу, установление синхронизма в устройстве состоит в фазировании управляемого генератора 20 относительно этой общей зо ветствующего фазового детектора 5,

фазовой ошибки с выхода входного фазового детектора 18 умножается в

каждом канале обработки сит нзла на со

м

ветствующую величину Ц,.. ( У U;).

на умножителях 1 -1 1 , Выходной сигнал каждого из этих умножителей усиливается соответствующи регулируемым усилителем 13, коэс{к1)и циент усиления которого устанавлив

ется равным К

результиру70 чее ком

пенсирующее напряжение (z U,

1 ;; 1

вычитается из выходного сигнала со

фазы, Вхождение в синхронизм осуществляется по выходному напряжению сумматора 5, которое в этом случае равно сумме амплитуд напряжений всех работающих каналов обработки сигнала т.е. происходит быстрее, чем в прототипе.

Для того, чтобы частота выходного управляемого генератора 20 была равн частоте сигналов каналов обработки сигна-па, напряжение ошибки кольца ФАПЧ с выхода входного фазового де-- тектора 18 через компенсирующие цепи подается на астатические звенья .

п

Для п-го канала обработки сигнала это напряжение по величине равно

К,и,/(51 и,),;

К fi - коэффициент усиления петли регулирования фазы сигнала данного канала (последовательно соединенные фазовый детектор 5, алгебраический сумматор 4, астатическое звено 3, управляемый круговой фазовращатель 1 и ключ 2);

и. - входные напряжения сигналов

каналов обработки сигнала. Для получения этого напряжения с выходов амплитудных детекторов 6|, через первые ФНЧ суммируются дополнительным сумматором i 6 и подаются на вторые входы функциональньгх делителей 10,-10, первые входы которых соединены с выходами первых ФНЧ 7., -7 соответствующих каналов обработки сигнала, таким образом получаветствующего фазового детектора 5,

ется частное

и„(х:.и

Напряжение

ветствующего фазового детектора 5,

ветствующего фазового детектора 5,

фазовой ошибки с выхода входного фазового детектора 18 умножается в

каждом канале обработки сит нзла на состм

ветствующую величину Ц,.. ( У U;).

ветствующего фазового детектора 5,

на умножителях 1 -1 1 , Выходной сигнал каждого из этих умножителей усиливается соответствующим регулируемым усилителем 13, коэс{к1)и- циент усиления которого устанавливаветствующего фазового детектора 5,

ется равным К

результиру70 чее комветствующего фазового детектора 5,

пенсирующее напряжение (z U, )

1 ;; 1

вычитается из выходного сигнала соот

алгебраическим сумматором 4

Суммарное напряжение для функциональных делителей получается с дополнительного с умматора 16, а не с сумматора 15, гак как в вхождения на выходе сумматора 15 векторная сумма сигналов каналов обработки сигнала может быть малой. При этом возможны нарушения режима рабо- т,1 функциональных делителей ,

Фаза входного сигнала в п-м канале обработки сигнала отличается от фазы напря чепия управляемого генератора 20 на/) д L/-f- , где задержка по фазе, вносимая управляемым круговым фазовращателем 1

(

фазовая ошибка кольца ФАПЧ ( и L/ обычно мала). Поэтому для получения на- пржкения ТЧ, сфазированного с входным сигналом канала обработки сигнала, выходное напряжение управляемого генератора 20 в каждом канале обработки сигнала пррпускается через элемент задержки на 12,,- и/2 и дополнительный управляемый круговой фазовращатель ,вход управления которого соединен с выходом астатического звена , а характеристика управления равна по

величине и противоположна по знаку характеристике управления упр.авляемо го кругового фазовращателя 1 , поэтому фаза выходного напряжения ТЧ на выходе каждого из каналов обработки сигнала равна

й

.с/.

7.-7

(f 1/ dv + n вых n бх n

,

где if - фазовая огаибка кольца ФАПЧ блока фильтрации ТЧ 17.

В каналах обработки сигнала для устранения влияния кратковременных замираний на работу ключей 2, -2 и компенсирующих цепей выходные напряжения амплитудных детекторов фильтруются первым и вторым ФНЧ и 8,-8„.

Рассмотрим особенности работы управляемых круговых фазовращателей которые удобнее всего выполнять по схеме модулятора ОБП с квадратурными ветвями, тогда прямая характеристика управления получится при суммировании, а противоположная по знаку - при вычитании напряжений этих квадратурных ветвей.

Управляющее напряжение, поступающее на вход преобразователя 30 напряжение - частота, преобразуется в последовательность с частотой, пропорциональной величине этого напряжения, и формирует напряжение, соответствующее знаку управляющего напряжения. Реверсивный счетчик 31 преобразует последовательность импульсов в последовательность двоичны кодов, .причем во времени эта последовательность растет, если управляющее напряжение положительно, или убьгоает, если оно отрицательно.

Преобразователь кодов 32 формирует на выходе напряжения, пропорциональные sin Bv cos 0. , где О.,

К - текущее двоичное число на выходе реверсивного счетчика 31; /3 ZT/L - шаг коррекции фазы; L - емкость реверсивного счетчика 31.

Поэтому на выходе управляемого кругового фазовращателя 1 составляющая тактовой частоты равна

и g U{sin( + t/8x)cos 0Ц +

+ cos(u,t +4 g)(u;t+-t/g +e

a на выходе дополнительного управляемого кругового фазовращателя 14

и

8Ых. т

( +i.)cos 3526618

- cos( + 1/ )sin ((.t)t-f ),

т.е. управляемый фазовый сдвиг дополнительного управляемого кругового фазовращателя 14 равен и противоположен по знаку управляемому сдвигу управляемого кругового фазовращателя 1.

Формула изобретения

10

г

15

Устройство тактовой синхронизации многоканального сигнала, содержащее п каналов обработки сигнала, в состав каждого из которых входят управляемый

круговой фазовращатель, элемент задержки и фазовый детектор, причем первый вход фазового детектора каждо го из п каналов обработки сигнала объединен с соответствующим входом сумматора, выход которого через блок фильтрации тактовой частоты (ТЧ) подключен к объединенным входу эле- 25 мента задержки и второму входу фазового детектора всех п каналов обработки сигнала, отличающееся

20

0

5

0

5

0

5

устойчивости, блок фильтрации ТЧ выполнен в виде кольца фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состоящего из последовательно соединенных входного фазового детектора, петлевого фильтра нижних частот (ФНЧ), управляемого ге- нератора и индикатора синхронизма, другой вход которого объединен с первым входом фазового детектора, к второму входу которого подключен выход управляемого генератора, первый вход входного фазового детектора и выход управляемого генератора являются соответственно входом и выходом блока фильтрации ТЧ, введен дополнительный сумматор, а в каждый из п каналов обработки сигнала введены последовательно соединенные амплитудный детектор, первый фильтр нижних частот (ФНЧ), функциональньш делитель, перемножитель, регулируемый усилитель, алгебраический сумматор, астатическое звено и дополнительный управляемый круговой фазовращатель и. последовательно соединенные второй фильтр нижних частот (ФНЧ), пороговый блок и ключ, при этом вход амплитудного детектора объединен -с сигнальным входом управляемого кругового фазовращателя и является входом соответствующего канала обработки сигнала.

к управляющему входу управляемого кругового фазовращателя подключен другой выход астатического звена, а выход управляемого кругового фазовращателя подключен к другому входу ключа, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, выход первого ФНЧ каждого из . п каналов обработки сигнала через дополнитель- ный сумматор подключен к объединенным другим входам функциональных делителей всех п каналов обработки сигнала, к другому входу алгебраического сумматера подключен выход фазового детек 15 к руговых фазовращателях каждого из тора, а выход элемента задержки подключен к другому входу дополнительного управляемого кругового фазовращателя, выход которого является выходом соответствующего канала обработки 20

п каналов обработки сигнала Зависим сти выходной фазы от управляющего сигнала одинаковы по величи - не и противоположны по знаку.

5266110

сигнала, выход входного фазового детектора блока фильтрации ТЧ подключен к объединенным другим входам перемножителей всех п каналов обработки, выход индикатора синхронизма блока фильтрации ТЧ подключен к объединенным управляющим входам астатических звеньев всех п каналов обра- ботки сигнала, а выход амплитудного детектора каждого из п каналов обработки сигнала подключен к входу соответствующего второго ФНЧ, причем в основном и дополнительном .управляемых

к руговых фазовращателях каждого из

п каналов обработки сигнала Зависимости выходной фазы от управляющего сигнала одинаковы по величи - не и противоположны по знаку.

22

24

-

Изобретение относится к радио- электро нике. Для повышения помехоустойчивости блок 17 фильтрации тактовой частоты выполнен в виде кольца фазовой автоподстройки частоты, состоящего из фазового детектора 18, петлевого фильтра нижних частот (ФНЧ) 19, управляемого г-ра 20 и индикатора 21 синхронизации. Введен дополнительный сумматор 16. В каждый из п каналов обработки сигнала введены последовательно соединенные амплитудный детектор 6, ФНЧ 7, функциональный делитель 10, перемножитель 11, регулируемый у-ль 13, алгебраич. сумматор 4, астатическое звено 3 и дополнительный управляемый круговой фазовращатель 1 и последовательно соединенные ФНЧ 8, пороговый блок 9 и ключ 2. Фазовращатели 1 и 14 выполнены идентично. 2 ил. & оо ел tsD 05 о:)

32

37

3ff

q)u3.2