Устройство фазовой автоподстройки частоты Советский патент 1989 года по МПК H03L7/00 

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах синхронизации, приемной аппаратуре связи, синтезаторах часто- ты, радиоизмерительных устройствах.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства фазовой автоподстройки частоты; на фиг. 2 - то же,преобразователя фазы устройства фазовой автоподстройки частоты; на фиг. 3 - то же, блока управления преобразователем фазы; на фиг. 4 - то же, блока фазовой развертки; на фиг. 5 - то же, блока сканирования фазы; на фиг. 6 - временные диаграммы работы устройства фазовой автоподстройки частоты.

Устройство фазовой автоподстройки частоты (фиг. 1) содержит перестраиваемый генератор 1, делитель 2 частоты, фазовый детектор 3, эталонный генератор 4, фильтр 5 нижних частот, выделитель 6 разностной частоты, фазовый анализатор 7, первый В и второй 9 элементы ИЛИ, реверсивный счетчик 10, преобразователь П фазы, блок 12 управления преобразователем фазы, блок 13 сканирования фазы и блок 14 фазовой развертки. Преобразователь П фазы (фиг. 2)содержит первый 15, второй 16 и третий 17 сумматоры, первый 18, второй 19 и третий 20 регистры, первый 21 и второй 22 элементы ШШ. Клок 12 управления преобразователем фазы (фиг. 3) содержит RS-триггер 23, элементы 24 - 27 совпадения и первый инвер- тор 28. Влок 13 сканирования фазы (фиг. 5) содержит сумматоры кода по модулю два 29 и 30, третий 31 и четвертый 32 элементы ИЛИ и второй инвертор 33. Клок 14 фазовой развер- тки (фиг. 4) содержит счетчики 34 и 35 с предварительной установкой.

Устройство фазовой автоподстройки частоты работает следующим образом.

При расстройках, превышающих по- лосу захвата кольца точной подстройки частоты, подстройка частоты перестраиваемого генератора 1 к частоте эталонного генератора 4 осуществляется в основном по каналу грубой настройки частоты. Выделитель 6 раз ностной частоты и фазовый анализато 7 вырабатывают импульсы Частота больше или Частота меньше, кото

рые суммируются в реверсивном счетчике 10, изменяя его код в зависимости от соотношения между импульсами с выхода эталонного генератора 4 и делителя 2 частоты.

На выходе выделителя 6 разностной частоты импульсы следуют с частотой, определяемой разностью между частотами, а на выходе фазового анализатора 7 - с частотой, определяемой величиной текущего приращения фазы. Эти импульсы изменяют код реверсивг ного счетчика 10, пройдя через элементы ИЛИ 8 и 9 таким образом, что частотная расстройка между эталон- ным генератором 4 и выходом делителя 2 частоты уменьшается.

Код с выхода реверсивного счетчика 10, представляющий собой сумму импульсной последовательности с выхода выделителя 6 разностной частоты и фазового анализатора 7, поступает на вход преобразователя 11 фазы, знаковый разряд поступает также на блок 1.2 управления преобразователем фазы. В зависимости от того, положительное или отрицательное число пришло на запись, оно записывается в преобразователь 11 фазы импульсом соответственно от блока 14 фазовой развертки или от блока 13 сканиро- ваник фазы через блок 12 управления преобразователем фазы. Полученный код с выхода преобразователя 11 фазы (выход второго регистра 19) поступает на сравнение в блок 13 сканирования фазы в сопровождении управляющего сигнала (0,1). значение которого зависит от наличия единиц в части разрядов кода на управляющем выходе преобразователя 11 фазы (выход второго элемента ИЛИ 22). На вход блока 13 сканирования фазы поступает код с блока 14 фазовой развертки. Разряды кода со счетчиков 34 и 35 поступают соотвеГствен- но на сумматоры 29 и 30 по модулю два. При совпадении кодов, поступающих с блока сканирования фазы и преобразователя, блок 13 сканирования фазы выдает импульс совпадения кода фазы, формируемый на третьем элементе ИЖ 31, или импульс совпадения кода цикла, идущий с выхода четвертого элемента ИЛИ 32. Эти импульсы идут соответственно на входы делителя 2 частоты и блока 12 управления преобразователом фазы и на

первый управляющий вход преобразователя 11 фазы, осуществляя в нем сброс накопителя циклов. В зависимости от знакового разряда с ревер- сивного счетчика в блоке 12 управления преобразователем фазы на вход преобразователя 11 фазы коммутируется импульсы: при положительном знаке - с выхода блока 13 сканирования фазы, при отрицательном - с выхода . блока 14 фазовой развертки. По импульсу синфазности, вырабатываемому в фазовом анализаторе 7, происходит перезапись кода с выхода преобразо- вателя 11 фазы в счетчики 34, 35 с предварительной установкой блока 14 фазовой развертки. После этого, поскольку коды на выходе преобразователя 11 фазы и выходе блока 14 фазо- вой -развертки становятся одинаковыми, блок 13 сканирования фазы выра- батьшает импульс на вход делителя 2 частоты.

Таким образом происходит мгновен- ное фазирование частот эталонного генератора 4 и частоты с выхода делителя 2 частоты, а тем самым установка в середину полосы удержания точного канала управления без влия- ния на частоту перестраиваемого генератора 1 , что практически исключает переходный процесс при подстройк

На фиг. 6 приведена временная диаграмма работы некоторых блоков для случаев, когда реверсивный счетчик 10 выдает положительное число 3, 375 и отрицательное число -3,375 Последовательность импульсов с перестраиваемого генератора 1 (фиг.ба поступает на вход бдока 14 фазовой развертки.

На фиг. 66, в, г, д изображены выходные разряды блока 14 фазовой развертки, в частности б, в, г - 1, 2, 3-й разряды развертки фазы д- разряд цикловой развертки; е, ж, з, и, к, л, м - выходные разряды преобразователя 11 фазы в режиме добавления, причем е, ж, з - разряды пос ле запятой, и, к, л - фазовые разряды, м - разряд тхиклов; н, ц - перестроенная частота при добавлении и вычитании соответственно; о - средняя частота диапазона; п, р, с, т, у, ф, X - выходные разряды преобразователя 1I фазы в режиме вычитания

Итак, в устройстве фазовой авто- подстройки частоты синтезируется

период частоты, подаваемой на вход делителя час -оты в диапазоне (по от ношению к средней частоте) от частоты перестраиваемого генератора вверх и до сколь угодно малой частоты, что определяется разрядностью чисел, с которыми оперируют блоки. Точность (шаг квантования) синтезированного периода определяется периодом частоты следования перестраиваемого генератора.

Преобразователь фазы представляет собой трехсекционный накапливающий сумматор, первая секция которого оперирует разрядами после запятой и не имеет внешнего выхода (введена для увеличения точности устройства), вторая (выход второго регистра 19) - разрядами целой части фазы периода, а третья (выход второго .элемента ИЛИ 22) - разрядами циклов (текущая фаза частоты циклична О - 360 ). На вход накапливающего сумматора поступает дополнительный код с выхода реверсивного счетчика в сопровождении знака.

Отрицательное число, поступая на вход накапливающего сумматора, запрещает работу секции накопления циклов и выставляет на ее выходе нулевой код, а также приводит к уменьшению числа на выходе накапливающего сумматора по импульсам записи.

Положительное число на входе накапливающего сумматора приводит к увеличению числа на его выходе, включая разряды с выхода накопителя циклов, также по импульсам записи.

Клок 12 управления преобразователем фазы коммутирует импульсы записи ка преобразователь 11 фазы от блока 13 сканирования фазы (при поступлении отрицательного числа из реверсивного счетчика 10) или от блока 14 фазовой развертки (при поступлении положительного числа). Кроме того, он запрещает прохождение каких-либо импульсов записи на время, задаваемое кодом циклов, т.е. когда выра- батьшаемая частота меньше средней частоты диапазона.

Блок 14 фазовой развертки подключен к выходу перестраиваемого генератора 1 и вырабатьшает натуральный ряд двоичных чисел от О до 2 с периодом, равньм периоду средней частоты диапазона. Таким образом, каждое двоичное число на выходе блока 14 фазо51469553®

вой развёртки предетавляет собой отсчет также выделитель разностной частоты

фазы, равный 360/2 N, где N равно (1,2,3,... 2). Кроме того, блок 14 фазовой развертки при поступлении сигнала разрешения с преобразователя 11 фазы вырабатывает код числа циклов по 2 импу5тьсов из перестраивае- JMoro генератора 1, т.е. число перио- дов средней частоты F диапазона

и фазовый анализатор, входы которых попарно объединены и соединены с входами фазового детектора, первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых подключены к выходам выделителя разностной частоты, а вторые - к первому и второму выходам фазового 10 анализатора, и реверсивный счетчик, входы которого подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, а также делитель частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, о т- личающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены последовательно соединенные блок фазовой развертки.

Частота, поступающая на счет циклов, поступает также на блок 12 управления преобразователем фазы для формирования последовательности импульсов записи при уменьшении частоты. 15

Коды с выхода преобразователя 11 фазы и блока 14 фазовой развертки поступают на входы блока 13 сканирования базы, в котором они сравниваютсГи при их совпадении вырабатьшает-20 вход которого подключен « выходу пе- ся импульс, поступающий на вход дели- .рестраиваемого генератора, и блок теля частоты, а также на блок 14 управления преобразователем фазы для формирования импульсов записи при увеличении частоты.

Таким образом, поскольку кодовая последовательность с выхода блока фазовой развертки циклически повторяется со средней частотой диапазона F , то каждое значение кода имеет строго фиксированное место во времени и повторяется с той же частотой, Преобразователь фазы в зависимости от необходимости увеличить или уменьшить частоту циклически изменяет код на своем выходе. Тем самым совпадение кодов в блоке сканирования фазы, следствием которого является импульс на входе делителя частоты, смещается по временной оси по отношению к циклу фазовой развертки, что и является увеличением или уменьшением периода

35

следования этих ицпульсов с точностью до периода колебания перестраиваемого генератора..

Формула изобретения Устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее соединенные последовательно эталонный генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот и перестраиваемый генератор, а

сканирования фазы, частотный выход которого подключен к входу делителя частоты, а также преобразователь фа25 зы и блок управления преобразователем фазы, при этом информационные входы преобразователя фазы и блока управления преобразователем фазы подключены к выходу реверсивного

3Q счетчика, выход преобразователя фазы подключен к входу.установки блока фазовой развертки и входу текущей фазы блока сканирования фазы, управляющий выход преобразователя фазы подключен к управляющим входам блока фазовой развертки и блока сканирования фазы, первый, второй и третий управляющие входы блока управления преобразователем фазы подключены соответственно к частотному выходу бло ка сканирования фазы, управляющему выходу преобразователя фазы и управляющему выходу блока фазовой разверт ки, первый и второй управляющие входы блока преобразователя фазы подклю чены соответственно к управляющему выходу блока сканирования фазы и вы ходу блока управления преобразовате лем фазы, а третий выход фазового анализатора подключен к управляющем входу делителя частоты и входу сии- фазиости блока фазовой развертки.

40

45

50

также выделитель разностной частоты

и фазовый анализатор, входы которых попарно объединены и соединены с входами фазового детектора, первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых подключены к выходам выделителя разностной частоты, а вторые - к первому и второму выходам фазового анализатора, и реверсивный счетчик, входы которого подключены к выходам первого и второго элементов ИЛИ соответственно, а также делитель частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, о т- личающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, в него введены последовательно соединенные блок фазовой развертки.

вход которого подключен « выходу пе- .рестраиваемого генератора, и блок

ход которого подключен « выходу пе- рестраиваемого генератора, и блок

канирования фазы, частотный выход оторого подключен к входу делителя частоты, а также преобразователь фазы и блок управления преобразователем фазы, при этом информационные входы преобразователя фазы и блока управления преобразователем фазы подключены к выходу реверсивного

счетчика, выход преобразователя фазы подключен к входу.установки блока фазовой развертки и входу текущей фазы блока сканирования фазы, управляющий выход преобразователя фазы подключен к управляющим входам блока фазовой развертки и блока сканирования фазы, первый, второй и третий управляющие входы блока управления преобразователем фазы подключены соответственно к частотному выходу блока сканирования фазы, управляющему выходу преобразователя фазы и управляющему выходу блока фазовой развертки, первый и второй управляющие входы блока преобразователя фазы подключены соответственно к управляющему выходу блока сканирования фазы и выходу блока управления преобразователем фазы, а третий выход фазового анализатора подключен к управляющему входу делителя частоты и входу сии- фазиости блока фазовой развертки.

Фи.2

Фив. 7

Иэобре.тение относится к электросвязи. Цель изобретения - расширение динамического диапазона. Устр- во содержит перестраиваемый г-р 1, делитель 2 частоты, фазовый детектор 3, эталонный г-р 4, фильтр 5 нижних частот, выделитель 6 разностной частоты, фазовый анализатор 7, эл-ты ИЛИ 8 и 9, реверсивный счетчик 10, преобразователь 11 фазы с его блоком управления (БУ) 12, блок сканирования фазы (ЕСФ) 13 и блок фазовой развертки (БФР) 14. При расстройках, превьппающих полосу захвата кольца точной подстройки частоты, подстройка частоты г-ра 1 к частоте г-ра 4 осуществляется по каналу грубой настройки частоты. В устр-ве происходит мгновенное фазирование частот г-ра 4 и частоты делителя 2, а тем самым установка в середину полосы удержания точного канала управления без влияния на частоту г-ра 1. Цель достигается за счет того, что синтезируется период частоты, подаваемой на вход делителя 2 в диапазоне по отношенщ) к средней частоте до частоты г-ра 1 вверх, и до сколь угодно малой частоты, что определяется разрядностью чисел, с которыми оперируют блоки устр-ва. Точность (шаг квантования) синтезированного периода определяется периодом частоты следования г-ра 1. Устр-во отличается введением преобразователя 11 с его БУ 12, БСФ 13 и БФР 14, даны их ил. 6 ил. с $ (Л с: иС О) со СП ел Од (Д(/.

От 11

От 7

3ff

От 11

,35

фцt,f

К 12

Шае.5,

в

11ИИ1ИП1И1ПНИП 1ИИП1ГИИИ1Н111ШЦ

if ЛГШЛЛЛЛШШПЛЛЛЛПШШЛППШШ. I XLriJTJTJTJTJTJTnjTJinr

8

TJ Lrif U LT

-.jjц -у-уц -ц-

1ГТГ1ГПГТПГТГТПГТГ

Фиг. 6