Устройство фазовой автоподстройки частоты Советский патент 1992 года по МПК H03L7/10 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в системах восстановлений несущей, устройствах тактовой синхронизации, синтезаторах частот и других, в составе которых имеется система ФАП.

Цель изобретения - упрощение устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - диаграммы напряжения.

Устройство содержит соединенные в кольцо управляемый генератор 4, фазовый манипулятор 5, фазовый детектор (ФД) 1, другой вход которого является входом устройства, и фильтр 3 нижних частот, последовательно соединенные дополнительный ФД 2, входы которого подключены параллельно входам ФД 1, формирователь импульсов в момент перехода напряжения через нуль, первый элемент И 11 и управитель манипулятора 13, второй элемент И 12, выход которого подключен к другому входу управителя фазового манипулятора и элемент 7 с релейной характеристикой, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а противофазные выходы подклю- чены к другим входам элементов И, дополнительный ФД 2 выполнен квадратурным относительно ФД 1, вход второго элемента И 12 подключен к выходу формирователя импульсов в моменты перехода напрях ения через нуль, выполненного в виде последовательно соединенных входного усилителя-ограничителя 8, дифференцирующей цепи 8 и выходного селектора 10 импульсов одной полярности.

Элемент с релейной характеристикой выполнен в виде элемента с релейной характеристикой с зоной нечувствительности.

Устройство работает следующим образом.

Пусть границы +Un и -Un - зоны нечувствительности элемента 7 - выбраны таким образом, что элементы И 11 и 12 в режиме слежения будут практически всегда закрыты. Тогда при любом направлении на выходе ФД 2 импульсы с выхода селектора 10 не будут проходить на управитель манипулятором 13 и не будет ложных срабатываний фазового манипулятора 5.

Пусть, од нако, напряжения +Un и -Un таковы, что напряжение с выхода ФД 1 в режиме захвата, будет пересекать одно из них, как показано на фиг. 2, а (для положительной начальной частотной расстройки) напряжение на выходе ФД 2 показано на фиг, 26, на выходе усилителя-ограничителя 8 (фиг. 2в), на выходе дифференцирующей цепи 9 (фиг. 2г) и на выходе селектора 10

импульсов одной полярности (фиг. 2д). Напряжения на других входах элементов И 11 и 12 изображены на фиг. 2е, ж. Видно, что открыт элемент И 11 и что импульсы в моменты, соответствующие фазовой ошибке ФАП 90° проходят на управитель фазовым манипулятором 13, который заставляет фазовый манипулятор 5 переключаться так, что фазовая ошибка становит 90° - Д#. На

выходе фазового детектора 1 напряжение в режиме захвата имеет постоянную составляющую, которая не зависит от начальной расстройки по частоте, а зависит только от угла . За счет этой постоянной составляющей, очевидно, и повышается относительная полоса захвата; в пределе, при Дуэ- О, эта полоса стремится к единице. При отрицательной расстройке по частоте фаза выходного напряжения ФД 1 относительно Фд

2 изменяется на 180° (так как sin(-QHt) -sin -fit), поэтому будет открыт элемент И 12 и переключение фазы будет производиться в моменты, соответствующие фазовой ошибке в -90° так, чтобы эта ошибка становилась

равной-90°+ .

Как выбрать напряжение границ зоны нечувствительности Очевидно в силу симметрии характеристик ФАП эти напряжения равны по величине и противоположны по

знаку.

В режиме слежения напряжение на выходе ФД 1 при заданных характеристиках узлов статической по фазе системы ФАП определяется лишь начальной частотной

расстройкой между входным сигналом и управляемым генератором 4 ФАП. Следовательно, наибольшее его значение определяется При тех же условиях - наибольшей возможной частотной расстройкой.

Статическая фазовая ошибка такой системы ФАП при тех же условиях обратно пропорциональна амплитуде входного сигнала. Обычно статическая ошибка задается в техническом задании на ФАП и составляет чаще всего . Тем самым для любой конкретной ФАП, для которой заданы максимально допустимые начальная частотная расстройка и статическая ошибка, можно

определить наибольшее значение напряжения на выходе ФД 1 в режиме слежения и наименьшую амплитуду биений в режиме захвата;

II Д

,

где Онмах - наибольшая возможная начальная частотная расстройка;

Кг - коэффициент преобразования подстраиваемого генератора;

UAmin

да

max

усттах КфАП

где UAmin минимальная амплитуда входного сигнала;

у сттах - наибольшая допустимая статическая фазовая ошибка;

КФАП - коэффициент усиления ФАП;

КФАП Код Кфнч Кг.

ОбыЧНО Уел «(0,010,02)UAmin.

Напряжение на выходе ФД 1 имеет аддитивную импульсную компоненту, параметры которой определяются наибольшей допустимой среднеквадратичной (динамической) ошибкой ФАП. Для конкретной ФАП, зная ее наибольшую (пороговую) шумовую полосу и динамическую допустимую ошибку, можно определить наименьшее входное отношение сигнал/шум /Овх:

о -АРщп

уОвх - - Г7ГЕ-

Ццин Јл TBX

где ДРШп пороговая величина шумовой полосы;

Один -динамическая фазовая ошибка;

ДРвх - полоса сигнала и шума на входе ФАП.

Отсюда, считая входной шум нормальным, можно определить дисперсию шумовой компоненты на выходе ФД 1. Тогда абсолютная величина порога

lUnl Уел+ иш(сгш) . где ULU (Ош) - значение напряжения шумовой компоненты на выходе ФД 1, которое превышается с заданной вероятностью, желательной для разработчика ФАП, например, .

В то же время, как следует из фиг 2

I Un I UAmin Sin ( К/1 - А ) - Um ( Ош ) UAmin Sin (Л/2 + А)- УШ (Ош )

Фактическая вероятность превышения порога в режиме слежения определяется напряжением

ишфакт (Ош) Упфакт - УелСледовательно, вероятность превышения порога и, следовательно, открывание элементов И в режиме слежения можетбыть сделано еще меньше, так как иСл (0,01, . , 0,02)l)Amtn, а Ддобычно меньше 45°.

Реакльные характеристики устройства будут еще лучше, поскольку для ложного срабатывания манипулятора необходимо одновременное открытие элемента И и наличие импульса на выходе соответствующего ФИПН. Напряжение на выходах ФД 1 и 2 в режиме слежения пропорциональны

ифД1 Asin рст,

ифД2 ACOS ipci

Для появления импульса на выходе селектора 9 необходимо наличие на выходе ФД 2 маловероятного шемового выброса большой величины.

Известно, что шумовые напряжения на

выходах квадратурных (ортогональных) фазовых детекторов в совпадающие моменты времени независимы, в этом случае вероятность одновременно открытия, например,

0 элемента И 11 и срабатывания селектора 10 равна произведению двух малых вероятностей. Это еще более понижает вероятность ложного срабатывания фазового манипулятора 5.

5 Технико-экономический эффект от использования предлагаемого устройства зависит от области его применения.

Например, использование его в системе синхронизации для бортовой спутниковой

0 системы связи с обработкой сигнала на борту позволит отказаться от применения дорогих сверхстабильных бортовых задающих генераторов или устройств для их коррекции.

5 Формула изобретения

1.Устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее соединенные в кольцо управляемый генератор, фазовый манипулятор, основной фазовый детектор, другой

0 вход которого является входом устройства, и фильтр нижних частот, последовательно соединенные дополнительный фазовый детектор, входы которого подключены параллельно входам фазового детектора,

5 формирователь импульсов в момент перехода напряжения через нуль, первый элемент И и управитель манипулятора, выход которого подключен к управляющему входу фазового манипулятора, второй элемент И,

0 выход которого подключен к другому входу управителя фазового манипулятора, и элемент с релейной характеристикой, вход которого подключен к выходу фазового детектора, а противофазные выходы под5 ключены к другим входам элементов И, о т л- ичающееся тем, что, с целью упрощения, дополнительный фазовый детектор выполнен квадратурным относительно фазового детектора, вход второго элемента И подклю0 чен к выходу формирователя импульсов в моменты перехода напряжения через нуль, выполненного в виде последовательно соединенных входного усилителя ограничителя, дифференцирующей цепи и выходного

5 селектора импульсов одной полярности.

2.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что элемент с релейной характеристикой выполнен в виде элемента с релейной характеристикой с зоной нечувствительности.

U

Реким захвата

.1 слеченяя

Использование1 система восстановления несущей, устройства тактовой синхронизации, синтезаторы частоты. Сущность изобретения: устройство содержит фазовые детекторы 1 и 2, фильтр 3 нижних частот, управляемый генератор 1, фазовый манипулятор 5, формирователь 6 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль, усилитель-ограничитель 7, дифференцирующую цепь 8, селектор 9 импульсов одной полярности, элементы И 10 и 11. управитель 12 фазового манипулятора 12, элемент 13 с релейной характеристикой с зоной нечувствительности. 1-3-4-5, 2-7-8-9-10-12-5, 9-11. 12, 5-1, 5-2, 1-13-10, 1-13-11. Выполнение дополнительного фазового детектора 2 квадратурным относительно фазового детектора 1 и выполнение формирователя 6 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль в виде усилителя-ограничителя 7, дифференцирующей цепи 8 и селектора 9 импульсов одной полярности позволяет упростить устройство, а использование элемента 13 с релейной характеристикой с зоной нечувствительности позволяет исключить ложное срабатывание фазового манипулятора 5. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

а( ЗД1)

t б(ФД2)

в(УС-ОГР.$)

г(дл$. д(селекгор)О)

еСдр.вход HJJ

(др.ВХОД Hjg)

з(выход Ид)

И(ЗЫХОД Iljg)