Устройство фазовой автоподстройки частоты Советский патент 1992 года по МПК H03L7/00 

стигнутой в том случае, когда в схеме установится режим динамического равновесия. В этом режиме среднее число переходов через нуль, обнаруженных в областях опережения, совпадает со средним числом переходов, обнаруженных в областях запаздывания, и среднее положение фронтов и срезов выходного колебания совпадает с моментами переходов через нулевой уровень несущей входного фазоманипули- рованного сигнала.

В соответствии с представленным алгоритмом работы в предлагаемом устройстве смена знаков напряжения контролируется как на границах областей запаздывания, так и на границах областей опережения. Это обеспечивает определение знака расстройки фаз, требуемое направление подстройки фазы выходного колебания и вместе с тем предотвращает появление ошибочных импульсов. Тем самым устраняется зависимость скорости подстройки фазы выходного колебания от знака расстройки фаз.

В условиях пропадания сигнала, когда усилитель-ограничитель выдает постоянный уровень и перепады напряжения на его выходе отсутствуют, на счетный вход реверсивного счетчика импульсы не поступают и перестройка фазы выходного колебания не производится. Это увеличивает допустимое время пропадания входного сигнала до времени, определяемого стабильностью частот несущей входного сигнала и опорного генератора

В случае, когда усилитель-ограничитель при отсутствии сигнала выдает случайное бинарное колебание со средней частотой переключение ниже номинальной частоты пересечений несущей нулевого уровня, темп поступления импульсов на реверсивный счетчик снижается. Соответственно снижается скорость блуждания фазы выходного колебания и увеличивается допустимое время пропадания входного сигнала.

Область опережения и область запаздывания в совокупности равны половине периода несущей фазоманипулированного сигнала. На этом интервале времени возможен только один переход несущей через нуль и он обнаруживается только в одной из смежных областей. Случай, когда сигнал отсутствует и усилитель-ограничитель выдает бинарное колебание с высокой частотой переключений характерен тем, что результат анализа этого интервала времени на наличие перехода по признаку разности знаков напряжения на границах областей может привести к четырем равновероятным исходам: .

1)переход обнаружен в области опережения и не обнаружен в области запаздывания:

2)переход не обнаружен в области опережения и обнаружен в области запаздывания;

3)переход обнаружен как в области опережения, так и в области запаздывания;

4)переход не обнаружен ни в области опережения, ни в области запаздывания.

Последние два исхода не приводят к изменению состояния реверсивного счетчика и далее к изменению фазы выходного колебания, так как в третьем случае на реверсивный счетчик поступают два импульса,

которые при усреднении суммируются с противоположными знаками и взаимно компенсируются, а в четвертом случае на реверсивный счетчик не поступает ни одного импульса.

Случайные блуждания фазы выходного колебания возникают под воздействием импульсов, поступающих на реверсивный счетчик в соответствии с первыми двумя исходами. Поскольку они охватывают только

половину от всех возможных исходов, то средний темп счета реверсивного счетчика и, соответственно, средняя скорость блуждания фазы на выходе устройств в два раза ниже, чем скорость блуждания фазы в известном устройстве, а допустимое время пропадания входного фазоманипулированного сигнала в два раза больше,

Рассмотрим работу устройства фазовой автоподстройки частоты, реализующего

представленный алгоритм. Работа устройства поясняется эпюрами напряжения в точках схемы а - ж (фиг. 5).

На эпюрах моменты ti-tio соответствуют моментам переходов несущей входного

сигнала, через нулевой уровень. Опережение и отставание по фазе несущей показано как время опережения гоп и запаздывания Гзап моментов переходов несущей через нуль относительно фронтов и срезов выходного колебания (фиг. 5ж).

Эпюры напряжения, представленные на фиг. 5, соответствуют случаю, когда на начальном отрезке времени до мометз t4 несущая фазоманипулированного сигнала

опережает по фазе выходное колебание, Затем на интервалет.4-15 происходит подстройка фазы выходного колебания. На последующем интервале времени несущая отстает по фазе от выходного колебания,

Узлы и элементы устройства выполняют следующие функции.

На вход усилителя-ограничителя 1 поступает фазоманипулированный сигнал

(фиг. 5а). Усилитель-ограничитель 1 преобразует аналоговый сигнал в бинарный (фиг. 56). Уровни выходного сигнала согласованы с логическими уровнями используемых в устройстве микросхем. Ограниченный фазо- манипулированный сигнал подается на информационный вход D-триггера 2, На его тактовый вход поступают импульсы (фиг, 5в), передние фронты которых соответствуют границам областей запаздывания и опе- режения. Области опережения и запаздывания задаются колебаниями (фиг, 5е), снимаемыми с выхода управляемого делителя частоты 5.

Импульсы, поступающие на тактовый вход D-триггера 5, формируются с помощью схемы выделения фронтов 8. Передние фронты импульсоа совпадают с моментами перепадов напряжения колебания, поступающего на его вход. Схема выделения фронтов 8 может быть реализована по схеме, представленной на фиг. 4. В этом, случае длительность импульсов равна задержке тз, вносимой элементом задержки 16.

D-триггер 2 выполняет операции стро- бирования ограниченного входного фазо- манипулироеанного сигнала и хранение результата до следующего стробирования. Стробирование осуществляется в моменты появления передних фронтов импульсов (фиг. 5в), поступающих на тактовый вход, т.е. на границах областей запаздывания и опережения. Если к моменту очередного стробирования знак напряжения входного фазоманипулированного сигнала не изменился, то стробирование не изменяет состояние триггера и напряжение на его выходах не изменяется. И наоборот при изменении знака напряжения входного сигнала стробирование приводит к появлению перепада напряжения на выходе триггера. Таким образом, перепады напряжения в выходном сигнале (фиг. 5г) D-триггер 2 сигнализирует о наличии перехода через нуль во входном фазоманипулированном сигнале на интервале между последним и предпоследним стробированием.

Перепады напряжения на выходе D- триггера 2 обнаруживаются схемой выделения фронтов 3. При появлении перепадов напряжения схема выделения фронтов 3 выдает импульс (фиг. 5д). Схема выделения фронтов 3 может быть реализована различным образом, например, основе одно- вибраторов (см. фиг, 2). При реализации по схеме, представленной на фиг. 3, длительность импульса на выходе равна абсолютной разности задержек и Т2, вносимых элеметами 12 и 13 задержки.

Реверсивный счетчик 4 ведет подсчет импульсов, выдаваемых схемой выделения фронтов 3. Режим счета реверсивного счетчика - сложение или вычитание - согласован с областями расстройки, в которых обнаружены переходы входного сигнала через нуль. Это согласование обеспечивается тем, что на его вход управления подается сигнал с выхода управляемого делителя ча0 стоты 5, т.е. то же самое колебание, которое задает области расстройки фаз.

Из приведенных на фиг. 5 эпюр напряжения видно, что при опережающей по фазе несущей импульсы (фиг. 5д) на счетном вхо5 де реверсивного счетчика 4 появляются при высоком уровне напряжения (фиг. 5е) на входе управления; Реверсивный счетчик 4 суммирует поступающие импульсы. Емкость реверсивного счетчика ограничена и

0 через некоторое время он переполняется. Сигнал переполнения подается на управляемый дели-ель частоты 5. Появление сигнала переполнения сигнализирует о необходимости подстройки фазы выходного

5 колебания и соответствующего изменения коэффициента деления управляемого делителя частоты 5, но не указывает на требуемое направление изменения фазы выходного колебания. Это направление свя0 зано с областями расстройки, в частности, с

областью расстройки, в которой обнаружен

переход через нуль и выработан импульс,

переполнивший реверсивный счетчик 4.

Направление подстройки фазы и соот5 ветствующее изменение коэффициента деления управляемого делителя частоты 5 задается подачей на второй вход управляемого сигнала, определяющего области расстройки фаз, т.е. тем же сигналом, который

0 подается на вход управления реверсивного счетчика 4.

На эпюрах напряжения отражена ситуация, в которой импульс, переполняющий реверсивный счетчик, появляется на интер5 вале t4-ts (фиг. 5д). В это время на второй вход управления управляемого делителя частоты подается высокий уровень (фиг. 5е). В соответствии с ним и по сигналу переполнения управляемый делитель частоты 5 на

0 один цикл деления уменьшает коэффициент деления. Колебание на его выходе (фиг. 5е) и, соответственно, колебание (фиг. 5ж) на выходе стоящего за ним делителя частоты на два 7 на один шаг подстройки изменяют

5 фазы. Для наглядности шаг подстройки выбран достаточно большим и таким, что после подстройки несущая входного фазоманипулированного сигнала становится запаздывающей (отстает по фазе) относительно выходного колебания. Изменение знака

расстройки фаз приводит к изменению временных соотношений между моментами перехода через нуль несущей входного сигнала и областями расстройки. Так до подстройки переходы несущей через нуль происходили при низком уровне сигнала на выходе управляемого делителя частоты (фиг, 5е), то после подстройки, начиная с момента ts переходы несущей через нуль осуществляются при высоким уровне сигна- ла. В соответствии с этим изменением знака расстройки фаз изменилось на противоположное и направление счета реверсивного счетчика 4, а при очередном его переполнении подстройка фазы выходного колебания произойдет в противоположном направлении. Таким образом, в схеме устанавливается режим динамического равновесия, при котором среднее положение фронтов и срезов выходного колебания совпадает с мо- ментами переходов через нуль несущей входного фазоманипулированного сигнала, т.е. обеспечивается синфазность несущей и выходного колебания,

Формулаизобретения

Устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее входной усилитель-ограничитель, D-триггер, информационный вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, последовательно включенные управляемый делитель частоты и выходной делитель частоты на два, реверсивный счетчик, выход которого подключен к входу разрешения счета управляемого делителя частоты, опорный генератор, выход которого подключен к счетному входу управляемого делителя частоты, отличающееся тем, что, с целью увеличения допустимого времени пропадания входного сигнала и повышения быстродействия при работе по фазоманипулированному сигналу, в него введены первый блок выделения фронтов, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к прямому и инверсному выходам D-триггера, а выход соединен со счетным входом реверсивного счетчика, второй блок выделения фронтов, выход которого подключен к тактовому входу D-триггера, вход управления добавлением- вычитанием импульсов управляемого делителя частоты, вход второго блока выделения фронтов и вход управления направлением счета реверсивного счетчика подключены к выходу управляемого делителя частоты.

р- Т)

фиг. 2

Фиг,3

Фиг. 4

ю

i