Устройство для частотно-фазовой автоподстройки Советский патент 1988 года по МПК H03K7/06 H03L7/00 

4

О

ел

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах формирования сетки фиксированных частот с высоким быстродействием при переходе с одной частоты на другую.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства при переходе с одиой частоты на другую,

На фиг,1 представлена функциональная схема устройства для частотно-фазовой автоподстрой-ки на фиг, 2 - функциональная схема блока управле- ния| на фиг.З - функциональная схема управляемого блока нелинейных элементов.

Устройство для частотно-фазовой автоподстройки содержит импульсно- фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот5 управляющий элемент 3, подстраиваемый генератор 4, делитель 5 частоты с фиксированным коэффициентом деления, делитель 6 частоты с переменным коэффициентом деления, цифро- вой частотный детектор 7, блок 8 управления, счетчик 9 импульсов, цифро- аналоговый преобразователь 10, управляемый- блок 11 нелинейных элементов и ключ 12, Блок 8 управления содержит генератор 13 одиночного импульса, генератор 14 тактовых импульсов, триггер 15, элемент 16 совпадения, элемент 17 запрета и инвертор 18. Управ- ляемьй блок 11 нелинейных элементов содержит ключи 19 и 20, нелинейные элементы 21 и 22, инвертор 23 и сумматор 24,

При этом соединены последовательно шина эталонной частоты, импульсно-фа- зовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3 и под- страиваемьй генератор 4, выход которого соединен с выходной шиной и через соединенные последовательно делитель 5 частоты с фиксированным коэффициентом деления и делитель 6 частоты с переменным коэффициентом деления с вторым входом импульсно-фазового детектора 1, входы которого соединены с входами цифрового частотного детектора 7, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами блока 11, а третий выход - с входом блока 8 управления, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика 9, второй выход - с установочным входом счетчика 9, выходы которого соединены с входами цифро

Q

0 5

0 5

0

0

5

анашогового преобразователя 10, выход которого соединен с информационным входом блока 11, выход которого соединен с входом ключа 12, выход которого соединен с вторым входом управляющего элемента 3, а управляющий вход - с третьим выходом блока 8 управления.

Блок 8 управления содержит триггер 15, установочный вход которого подключен к выходу .генератора 13 одиночного импульса, вход - к входной шине блока 8 и входу элемента 17 запрета, а выход - через элемент 16 совпадений к первой выходной шине блока 8, через инвертор 18 - к второй выходной шине блока 8 и непосредственно к управля о« ;ему входу элемента t 7 запрета, выход которого подключен к третьей выходной шине блока 8, при этом второй вход элемента 16 совпадений соединен с выходом генератора 14 тактовых импульсов. Управляемый блок 11 нелинейных элементов содержит ключи 19 и .20, сигнальные входы которых соединены с информационным входом блока 11, управляющие входы которого подключены к управляющим входам ключей 19 и 20, выходы которых соединены с входами нелинейных элементов 21 и

22,выход элемента 21 через инвертор

23,а выход элемента 22 непосредственно соединены с входами сумматора

24,выход которого подключен к выходной шине блока 11.- Нелинейные элементы 21 и 22 могут быть выполнены на основе диодно-резисторных цепей, инвертор 23 и сумматор 24 - на основе операционных усилителей.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии частоты подстраиваемого и эталонного генераторов на входе импульсно-фазового детектора 1 не равны. До момента появления импульсов разностной частоты на третьем выходе цифрового частотного детектора 7 напряжение на первом и втором выходах блока 8 управления соответствует логическому О на третьем выходе блока 8 управления - логической 1.. Ключ 12 замкнут. Состояние счетчика 9 произвольное и не изменяется благодаря отсутствию на его счетном входе импульсов тактовой частоты,

В момент появления первого импульса разностной частоты напряжение на

третьем выходе блока 8 управления становится равным нулю. Ключ 12 размыкается. Импульсом с второго выхода блока 8 управления происходит установка счетчика 9 в нулевое состояние Этим обеспечивается нулевое напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 10 и соответственно макси

Блок 8 управления работает следующим образом.

При включении устройства сигнал с выхода генератора 13 обеспечивает установку триггера 15 в нулевое состояние. Благодаря этому в исходном состоянии напряжение с выхода генератора 14 тактовых импульсов не пос

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах формирования сетки фиксированных частот с высоким быстродействием. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства при переходе с одной частоты на другую. Устройство содержит импульсно- фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3, подстраиваемый генератор 4, делители частоты с фиксированным 5 и переменным 6 коэффициентами деления, блок 8 управления, счетчик 9 импульсов, циф- роаналоговьй преобразователь 10, управляемый блок 11 нелинейных элементов и ключ 12. Введение новых элементов и связей позволило существенно уменьшить число интервалов регулирования и увеличить быстродействие устройства при условии перехода с одной частоты на другую. 2 з.п. ф-лы. Зил. I (Л

мальное по абсолютной величине напря- IQ тупает через элемент 16 совпадения

жение на выходе управляемого блока 11 нелинейных элементов. Управление знаком этого напряжения осуществляется с помощью сигнала на противофазных выходах цифрового частотного детектора 7.

На интервале времени между моментами появления первых двух импульсов разностной частоты на счетный вход счетчика 9 поступают импульсы тактовой частоты с первого выхода блока В управления. Код счетчика 9 и соответственно напряжение на выходе цифро- аналогового преобразователя 10 увеличиваются.

Благодаря нелинейным характеристикам блоков 21 и 22 в зависимости от знака начальной расстройки напряжение на выходе управляемого блока 11 нелинейных элементов либо уменьшается, либо увеличивается до появления второго импульса разностной частоты.

В момент появления второго импульса разностной частоты на третьем выходе цифрового детектора 7 напряжение на первом и втором выходах блока 8 управления становится равным третьем выходе блока В - логической 1, Счет прекращается. Ключ 12 замыкается, соединяя этим вход управляющего элемента 3 с выходом управляемого блока 11 нелинейных элементов, включенного в цифровую ветвь управления частотой подстраиваемого генератора 4. Расстройка, вносимая цифровой g от знака начальной расстройки генераветвью, пропорциональна величине начальной расстройки частот эталонного и подстраиваемого генераторов. Остальная ошибка регулирования кольца частотной подстройки в момент замыкания ключа 12 близка к нулевой и находится в полосе захвата кольца фазовой автоподстройки.

Таким образом, процесс установления частоты в предлагаемом устройстве заканчивается не более, чем за два периода биений частот эталонного и подстраиваемого генераторов.

на счетный вход счетчика 9. Логический О на входе элемента 17 запрета разрешает прохождение импульсов разностной частоты с выхода цифрового частотного детектора 7. Сигнал на выходе инвертора 18, управляющий работой ключа 12, соответствует логической 1

Первый импульс разностной частоты, пройдя через элемент 17 запрета, обеспечивает установку счетчика 9 в нулевое состояние. Одновременно при действии среза этого импульса триггер 15 переходит из нулевого в единичное состояние. Напряжение на выходе инвертора 1В становится равным нулю. Благодаря действию 1 на одном из входов элемента 16 совпадения импульсы с выхода генератора 14 поступают: на счетный вход счетчика 9. Напряжение логической 1 на входе элемента 17 запрета блокирует прохождение следующего импульса разностной частоты.

В момент действия среза второго импульса разностной частоты схема возвращается в исходное состояние. Напряжение на входах элементов совпадения 16 и запрета 17 становится равным нулю, а на выходе инвертора 18 - логической 1.

Управляемый блок 11 нелинейных элементов работает следующим образом.

В исходном состоянии в зависимости

0

торов один из ключей 19 и 20 замкнут, другой разомкнут и соответственно нулевое напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя подается на один из нелинейных элементов il и 22. Напряжение на его выходе максимальное . При увеличении выходного напряжения цифроаналогового преобразователя напряжение на выходе нелинейных 5 элементов уменьшается.

Напряжение с выхода нелинейного элемента 22 подается непосредственно на вход сумматора 24, с выхода нелинейного элемента 21 - через инвертор

514051

23, поэтому при увеличений выкодного напряжения цифроаналогового преобразователя 10 напряжение на выходе сумматора 24 либо уменьшается, либо увеличивается в зависимости от знака на- чальной частотной расстройки эталон- него и подстраиваемого генераторов. Аналитические соотношения, необхо- димые для расчета характеристики бло- -JQ ка 11 нелинейных элементов, имеют следующий вид.

Исходные данные: частота эталонного генератора f., , номинальная частота подстраиваемого генератора ком 15 верхняя частота подстраиваемого генератора fg; нижняя частота подстраиваемого генератора ц; регулировочная характеристика подстраиваемого гене ратора f 7(), где f - частота 20 подстраиваемого генератора, Uy - на- пряжение на управляющем элементе подстраиваемого генератора.

В соответствии с основными этапами расчета характеристики блока не- 25 линейных элементов имеем:

Максимальный (Ng), минимальный (N) и номинальный (N„gдд ) коэффициенты деления делителя с переменным коэффициентом деления равны30 NB , N, f,/f,r ,

ном - HOM -f r Полагаем, что верхняя и нижняя

частоты подстраиваемого генератора симметричны относительно номинальной частоты

35

f 6 ном t Ном Н

(2)

I Учитывая (1) и (2), находим вьфажение

i для разностных частот, измеряемых

| цифровым частотным детектором

,н - f эг 1ном в

:fnpo H - ()

Для определения разностных частот, соответствующих промежуточным значениям коэф фициента деления N, можно воспользоваться формулами

рачн

f ,г - fnoM/N, N (5)

(6)

fnoM /N - f,,, N .

Частоты подстраиваемого генерато- pa f, соответствующие дискретным значениям коэффициента деления N, находятся с помощью соотношения

f.pN.

а)

Воспользовавшись (3)-(7), можно рассчитать нелинейную зависимость

F(f)

(8)

f - частота -подстраиваемого гене- paTopaJ

5 0

5

0

5

„

5

5

pQ-эи разностная частота эталонного и подстраиваемого генераторов,

Учитьшая, что в устройстве измеряется период разностной частоты Т 1/fboc K г получаем зависимость

. Т F,(f).(9)

Воспользовавшись зависимостью (9), а также учитывая, что в устройстве напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя (ицдр) пропорционально периоду разностной частоты, имеем

ицАг, F.(f). (10) Построение характеристики Р,(ицдп) управляемого блока 11 нелинейных элементов производится путем построения характеристик для каждого из нелинейных элементов 21 и 22 с учетом инвертора 23 по известной регулировочной характеристике подстраиваемого генератора f F,(UI,) и характеристике (10) таким образом, чтобы обеспечить для каждой из возможных частот подстраиваемого генератора в диапазоне от fg до f следующие соотношения .ицдп- F5 yHov, Uyg, J

.УцАП F6 Ulj9HOM Uijg, f ц f fnQ;irt .

где lf(V(n),

F(ицдп) - характеристики блоков нелинейных элементов 21 и 22 - 4э ном напряжение на управляющем элементе, соответствующее номинальной частоте подстраиваемого генератора.

Тогда характеристика управляемого

блока 11 нелинейных элементов имеет

следующий вид

). (ицдп)(11)

F (и ), fn-f « fnoM- Графическое задание нелинейной функции (11) позволяет воспользоваться методом кусочно-линейной аппроксимации при практической реализации блока нелинейных элементов. Технически кусочно-линейная аппроксимация осуществляется при помощи цепей, состоящих из нескольких диодно-резистор- ных звеньев. Характеристика каждого звена представляется ломаной линией с одним изломом. Звено состоит из одного несимметричного нелинейного элемента - вентиля и источника опорной ЭДС. Когда входное напряжение становится больше или меньше соответствующей опорной величины, через вентиль

возникает или исчезает ток и соответственно меняется наклон рабочей части характеристики.

Таким образом, введение новых эле„ -

ментов и связей в устройство для частотно-фазовой автоподстройки существенно уменьшило число интервалов регулирования, каждьш из которых равен периоду биений эталонного и подстраи- ваемого генераторов, что позволило увеличить быстродействие устройств формирования стабильной сетки опорных частот при условии перехода с одной частоты на другую.

Формула изобретения

1, Устройство для частотно-фазовой автоподстройки, содержащее соединен- ные последовательно шину эталонной частоты, импульсно-фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляющий --элемент и подстраиваемый генератор, выход которого соединен с выходной шиной и через соединенные последовательно делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и делитель частоты с переменным коэффициентом деления с вторым входом импульсно- фазового детектора, входы которого с соединены с входами цифрового частотного детектора, а также соединенные последовательно счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, о т

личающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены блок управления и соединенные последовательно управляемый блок нелинейных элементов и ключ, причем первые два выхода цифрового частотного детектора подключены к управлянщим входам управляемого блока нелинейных элементов, информационный вход которого соединен с вы

5

0 5 о

5

0

5

ходом цифроаналогового преобразователя, а третий выход цифрового частотного детектора соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, второй выход - с установочным входом счетчика импульсов, а третий выход - с управляющим входом ключа, выход которого соединен с вторым входом управляющего элемента.

Фке.2

Фиг.З