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

VI

2

4 Ч VI

Изобретение относится к проводной связи и предназначено для использования в аппаратуре линейных трактов цифровых систем передачи (ЦСП).

Известно устройство автоподстройки частоты цифрового сигнала (патент США NS 3420956, кл. Н 04 L 7/00), содержащее временной детектор, сумматор, фильтр нижних частот (ФНЧ), генератор, управляемый напряжением (ГУН), и формирователь компенсирующего сигнала, и реализующее способ уменьшения временных флуктуации, импульсов путем компенсации высоко- частотных составляющих в спектре управляющего напряжения ГУН.

Реализация такого компенсационного способа возможна лишь для временных флуктуации, возникающих при согласовании скорости записи и считывания цифрового сигнала в оборудовании временного группообразования,и не обеспечивает компенсации временных флуктуации, вносимых в сигнал трактом передачи.

Известно также устройство для фазовой синхронизации сигнала (авт. св. № 1401630, кл. Н 04 L 7/02), содержащее блоки выделения и задержки фронтов сигнала, генератор высскостабильной частоты, коммутатор, преобразователь, регистр рассогласования, интегратор, ГУН, делитель частоты и счетчик синхроимпульсов.

Устройство предназначено для решения задачи фазовой синхронизации напряжения тактовой частоты и приходящего сигнала путем заполнения интервала рассогласования импульсами высокой частоты и счета этих1 импульсов.

Напряжение тактовой частоты, сфази- рованной с частотой сигнала, может быть использовано для регенерации флуктуирующих по фазе импульсов сигнала. При этом, благодаря наличию интегратора на входе ГУН, достигается снижение уровня высокочастотных составляющих временных флуктуации в регенерированном сигнале, однако, низкочастотные составляющие временных дрожаний,попадающие в полосу частот пропускания интегратора, остаются неизменными.

В качестве прототипа предлагаемого устройства выбрано наиболее близкое по структуре устройство фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) (патент США № 4596937, кл. Н 03 L 7/00, Н 03 D 3/24), содержащее шину входного сигнала, соединенную с информационным входом регенератор импульсов, генератор высокой частоты и делитель частоты, и обеспечивающее ступенчатое фазирование деленной (тактовой) частоты с передним фронтом импульсов сигнала, записываемых в блок буферной памяти. Для фазирования сигнала и тактовой частоты в прототипе используется формирователь импульсов сброса, соединенный с установочными входами блока буферной памяти, делителя частоты и регенератора импульсов.

Устройство-прототип обеспечивает подавление временных флуктуации импульсов

0 в регенерированном сигнале только в том случае, если уровень временных флуктуации импульсов во входном сигнале не превышает половины периода высокой частоты, поступающей с генератора. При более

5 значительном уровне временных флуктуации входных импульсов происходит срыв фазирования, приводящий к ошибочной регенерации символов.

Целью изобретения является повыше0 ние помехоустойчивости устройства.

Для достижения поставленной цели в устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее делитель частоты, регенератор импульсов, информационный вход

5 которого является входом устройства, и генератор высокой частоты, введены четыре D-триггера, блок задержки, элемент И и последовательно соединенные элемент НЕТ и Т-триггер, выход которого подключен

0 ко входу делителя частоты, выход которого соединен со входом блока задержки и с информационным входом первого D-триггера, синхронизирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом второго

5 D-триггера и с информационным входом регенератора импульсов, синхронизирующий вход которого соединен с выходом блока задержки, с информационным входом второго D-триггера и с установочным входом

0 третьего D-триггера, информационный и синхронизирующий входы и выход которого соединены соответственно с выходом первого О-триггера,с инверсным выходом генератора высокой частоты и с запрещающим

5 входом элемента НЕТ, сигнальный вход и инверсный выход которого соединены соответственно с прямым выходом генератора высокой частоты и с первым входом элемента И, второй вход и выход которого соедине0 ны соответственно с выходом четвертого D-триггера, к информационному входу которого подключен выход второго D-триггера, и с установочным входом Т-триггера, который соединен с установочным входом чет5 вертого D-триггера, к синхронизирующему рходу которого подключен выход Т-триггера, и с установочным входом второго D-триггера, при этом выход третьего D-триггера подключен к установочному входу первого D-триггера.

Сущность предложенного изобретения заключается в следующем.

1.С помощью первого и второго D-триг- геров и делителя частоты, соединенного непосредственно и через блок задержки с информационными входами D-триггеров, определяется наличие и знак рассогласования напряжения деленной тактовой частоты относительно переднего фронта импульсов цифрового сигнала. Отсутствию рассогласования (оба D-триггера находятся в нулевых состояниях} соответствует попадание переднего фронта импульсов входного сигнала в интервал между задним фронтом задержанного и передним фронтом незадержанного напряжения тактовой частоты. При этом передним фронтом напряжения задержанной тактовой частоты осуществляется стробиро- вание (регенерация во времени) импульсов цифрового сигнала в регенераторе.

Время задержки т3 выбирается так, чтобы интервал согласования (нулевая зона) А (Т/2 - Г3 ) был шире, чем максимальный уровень временных флуктуации импульсов входного сигнала, но меньше половины периода тактовой частоты. Отсюда, в частности, следует, что в предлагаемом устройстве обеспечигается возможность безошибочной регенерации импульсов (т.е. восстановление временных положений импульсов в последовательности) при уровне временных флуктуации входного сигнала в N раз (N - коэффициент деления частоты) большем, чем в устройстве-прототипе. Следовательно, предложенное устройство обладаетболеевысокойпомехоустойчивостью к временным флукту- ациям входного сигнала по сравнению с прототипом.

2.При наличии рассогласования вида 10 (т.е. при уровнях 1 и 0 на выходах первого и второго D-триггеров соответственно) с помощью третьего D-триггера и схемы НЕТ запрещается один период колебания напряжения высокой частоты, снимаемого с выхода генератора высокой частоты (ГВЧ). Запрещенный период высокой частоты является тем дискретным интервалом, на величину которого в процессе согласования осуществляется временной сдвиг деленной тактовой частоты до момента фазирования ее с сигналом. Этой же величиной определяется максимально возможный уровень смещения временного положения регенерированных импульсов. Следовательно, в предлагаемом устройстве достигается N- кратное уменьшение временных флуктуации регенерированных импульсов по

сравнению с уровнем временных флуктуации импульсов входного сигнала.

3. При наличии рассогласования вида 01 (т.е. при уровнях 0 и 1 на выходах первого и

второго D-триггеров соответственно) с помощью четвертого D-триггера, элемента И и Т-триггера обеспечивается формирование импульса сброса, осуществляющего дополнительное переключение Т-триггера, что

0 приводит к временному сдвигу деленной тактовой частоты в противоположном направлении.

Благодаря возможности определения знака -рассогласования и изменения на5 правления временного сдвига достигается повышение помехоустойчивости предложенного устройства к воздействию временных флуктуации входного сигнала, так как увеличение их уровня и изменение знака

0 рассогласования между сигналом тактовой частоты генератора не приводит, в отличие от прототипа, к срыву фазирования, а вызывает лишь смещение моментов регенерации (и следовательно, временного положения

5 одного из регенерированных импульсов сигнала) на один период высокой частоты. Таким образом, введение новых узлов и функциональных связей в предложенном устройстве обеспечивает существенное по0 вышение помехоустойчивости устройства к. воздействию временных флуктуации импульсов входного сигнала. Других известных технических решений с признаками, сходными с признаками, отличающими за5 являемое техническое решение от прототипа, при поиске не обнаружено, следовательно, заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями. На фиг. 1 приведена функциональная

0 схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

На фиг. 1 обозначено: 1 - шина входного сигнала; 2 - регенератор импульсоз; 3-6 5 D-триггеры; 7 - генератор высокой частоты; 8 - схема НЕТ; 9 - Т-триггер; 10 - элемент И; 11 - делитель частоты; 12 - Ьлок задержки.

На фиг. 2 и 3 обозначено: Т - период

0 высокой частоты; t - текущее время; Д- интервал согласования.

Шина входного сигнала 1 соединена с информационным входом регенератора импульсов 2 и с синхронизирующими входами

5 двух D-триггеров З и 4. Выходы D-триггеров 3 и 4 соединены с информационными входами D-триг. эров 5 и 6. Прямой и инверсный выходы генератора высокой частоты 7 подключены соответственно к сигнальному входу схемы НЕТ 8 и к синхронизирующему

входу D-триггера 5, выход которого соединен с запрещающим входом схемы НЕТ 8 м установочным входом D-триггера З. Прямой и инверсный выходы схемы НЕТ 8 подключены соответственно к счетному входу Т- триггерз 9 и к входу элемента И 10, другой вход которого соединен с выходом D-триггера 6. Выход элемента И 10 соединен с установочными входами D-триггеров 4 и б и Т-триггера 9 выход которого соединен с входом делителя частоты 11 и с синхронизирующим входом D-триггера 6. Выход делм- теля частоты 11 соединен с информационным входом D-триггера З ы с входом блока задержки 12, выход которого соединен с информационным входом D- триггера 4, установочным входом D-трмгге- ра 5 и с синхронизирующим входом регенератора импульсов 2, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом,

Импульсы входного сигнала (фиг, 2а, фиг. За) с временными флуктуациями переднего и заднего фронтов импульса (заштрихованные области на фиг, 2а и За) с шины 1 подаются на информационный вход регенератора 2 и на синхронизирующие входы двух D-триггеров З и 4. На информационный вход первого D-триггера З подается напряжение деленной тактовой частоты непосредственно с выхода делителя 11 частоты (фиг. 26. 36). На информационный вход второго D-триггера 4, на стробирующий вход регенератора 2 и на установочный вход D- триггера 5 подается задержанная последовательность тактовой частоты (фиг. 2в, Зв} с выхода блока задержки 12.

При дальнейшем описании работы устройства необходимо учитывать различные случаи взаимного расположения переднего фронта импульсов сигнала и напряжения тактовой частоты:

1.Попадание переднего фронта импульсов, т.е. заштрихованной области возможных его положений, в интервал А между задним фронтом напряжения задержанной тактовой частоты и передним фронтом напряжения незадержанной тактовой частоты, что соответствует отсутствию рассогласования сигнала и тактовой частоты. При отсутствии рассогласования фронтом импульса сигнала обеспечивается запись нулей в оба D-триггера З и 4.

2.Смещение вправо (задержка) области возможных положений фронта импульса сигнала относительно интервала Д« что соответствует наличию рассогласования вида 10, т.е. фронтом импульса сигнала в D-трмггер 3 записывается единица, а в D-триггер 4 - нуль.

3, Смещение влево (опережение) обла- ста возможных положений фронта импульсз сигнала относительно интервала А, что соответствует наличию рассогласования вида 01, т,е. фронтом импульса в D-триггер З записывается нуль, а в D-триггер 4 - единица,

4. Попадание переднего фронта импульса в интервал между передним фронтом задержанной тактовой частоты и задним фронтом незадержанной тактовой частоты, что соответствует наличию рассогласования

вида 11, т.е. фронтом импульса обеспечивается запись единиц в оба D-триггера З и 4. Отсутствие рассогласования на фиг. 2 и 3 имеет место, если передний фронт импульса сигнала находится в той части заштрихоаанной области (фиг. 2а и За), которая совмещена во времени с интервалом А. При этом временного сдвига деленной тактовой частоты не происходит (фиг. 26 и 36) и, следовательно, не изменяется положение

фронта напряжения задержанной тактовой частоты (фиг. 2в и Зв), осуществляющего стробирование импульсов сигнала в регенераторе 2, При наличии рассогласования вида 10 (на фиг, 2 это соответствует

положению переднего фронта импульса в правой части заштрихованной области) передним фронтом импульса сигнала в D-триггер 3 записывается 1 (фиг, 2г), а в D-триггер 4-0. Напряжением высокой частоты с инверсного выхода генератора 7 (фиг, 2д) эта единица записывается в D-триггер 5, на выходе которого.формируется импульс (фиг. 2е), обеспечивающий с помощью схемы НЕТ 8 запрет одного импульса в последовательности высокой частоты (фиг. 2ж), а также сброс в нулевое состояние D-триггера З. С прямого выхода схемы НЕТ 8 последовательность с запрещенным импульсом (фиг. 2ж) подается на счетный вход Т-триггера 9,

с выхода которого снимается периодическая последовательность (фиг. 2з) с наруше- нием типа сдвоенный импульс (или инверсная ей последовательность в зависимости от исходного состояния Т-триггера 9).

Эта последовательность подается на делитель частоты 11, в котором осуществляется деление до тактовой частоты. На фиг. 2и, к для наглядности показано последовательное деление при малом коэффициенте деления (). Сравнение фазы напряжения тактовой частоты при наличии (фиг, 2к) и отсутствии (фиг. 26) рассогласования показывает, в каком направлении осуществляется временной сдвиг тактовой частоты

относительно сигнала при рассогласовании вида 10.

Напряжение тактовой частоты подается на информационный вход D-триггера З и на вход блока задержки 12. Напряжение за- держанной тактовой частоты (фиг. 2л) с выхода блока задержки 12 подается на информационный вход D-триггера 4, на установочный вход D-триггера 5 и на синхронизирующий вход регенератора 2, с помощью которого обеспечивается восстановление временных положений импульсов сигнала (фиг. 2м).

Полученный в процессе согласования временной сдвиг тактовой частоты (фиг, 2к) позволяет обеспечить уже в следующем тактовом интервале попадание всей заштрихованной области возможных положений переднего фронта импульсов сигнала, в нулевую зону А, т.е. фазирование сигнала и тактовой частоты. При наличии рассогласования вида 01 (на фиг. 3 это соответствует положению переднего фронта импульса (фиг. За) в нулевой части заштрихованной области, не совпадающей с интервалом А (фиг. 36, в) ) передним фронтом импульса сигнала в D-триггер З записывается нуль, а в D-триггер 4 - единица (фиг. Зг). При нулевых состояниях D-триггера З и соединенного с ним D-триггера 5 запрещающий импульс на запрещающем входе НЕТ 8 отсутствует, и последовательность высокой частоты (фиг. Зд) с прямого выхода генератора высокой частоты 7 без изменений поступает на счетный вход Т-триггера 9, формируя на его выходе периодическую последовательность (фиг. Зе). С выхода Т-триггера 9 эта последовательность подается на делитель 11 частоты и на синхронизирующий вход D-триггера 6, обеспечивая тем са- мым запись в D-триггер б единицы (фиг. Зж), поступающей с выхода D-триггера 4. Единичное состояние D-триггера 6 обеспечивает прохождение через элемент И 10 импульса (фиг. Зз) из инверсной последова- тельности высокой частоты, который подается одновременно на установочные входы Т-триггера 9 и D-триггеров 4 и 6, устанавливая их в нулевые состояния. Сброс Т-триггера 9 (фиг. Зе) вносит нарушение в периодическую последовательность на его выходе, которое эквивалентно воздействию дополнительного импульса на счетный вход Т-триггера 9 (лишнее переключение Т- триггера 9). Это нарушение приводит при дальнейшем процессе деления частоты в делителе 11, к временному сдвигу напряжений деленных частот (фиг. Зи, к) на один период колебания высокой частоты.

Сброс D-триггеров 4 и 6 в нулевые состояния (фи(. Зг, ж) обеспечивает закрывание элемента И 10 и окончание импульса сброса (фиг. Зз).

Сравнение фазы напряжений тактовой частоты при наличии (фиг. Зк) и отсутствии (фиг. 36) рассогласования показывает, в каком направлении осуществляется сдвиг тактовой частоты относительно сигнала при рассогласовании вида 01.

Напряжение тактовой частоты (фиг. Зк) подается на информационный вход D-триггера 3 и на блок задержки 12. Напряжение задержанной тактовой частоты (фиг. Зл) с выхода блока задержки 12 подается на информационный вход D-триггера 4, установочный вход D-триггерз 5 и на синхронизирующий вход регенератора 2, обеспечивающего регенерацию импульсов сигнала (фиг. Зм).

Полученный в результате согласования временной сдвиг тактовой частоты (фиг. Зк) позволяет, как и ранее, обеспечивать уже в следующем тактовом интервале попадание всей заштрихованной области возможных положений переднего фронта импульсов сигнала в нулевую зону Д.

К рассмотренному случаю сводится также и работа устройства при наличии рассогласования вида 11 (т.е. при записи фронтом импульса сигнала единиц в оба D-триггера 3 и 4), Действительно, при рассогласовании вида 11, как и при рассогласовании вида 01, в D-триггере 5 обеспечивается нулевое состояние путем подачи на его установочный вход напряжения задержанной тактовой частоты с выхода блока задержки 12. Следует отметить, ито рассогласование вида 11 может появляться практически только в первоначальный момент включения сигнала и при дальнейшей работе устройства не возникает.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает существенное повышение помехоустойчивости устройства к воздействию временных флуктуации импульсов входного сигнала.

Формула изобретения Устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее делитель частоты, регенератор импульсов, информационный вход которого является входом устройства, и генератор высокой частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, введены четыре D-триггера, блок задержки, элемент И и по- следовател1 но соединенные элемент НЕТ и Т-триггер, выход которого подключен к входу делителя частоты, выход которого соединен с входом блока задержки и с информационным входом первого D-триггера, синхронизирующий вход которого соединен с синхронизирующим входом второго О-триг- гера и с информационным входом регенератора импульсов, синхронизирующий вход которого соединен с выходом блока задержки, с информационным входом второго D- триггера и с установочным входом третьего О-триггера, информационный и синхронизирующий входы и выход которого соединены соответственно с выходом первого D-триггера, с инверсным выходом генератора высокой частоты и с запрещающим входом элемента НЕТ, сигнальный вход и

инверсный выход которого соединены соответственно с прямым выходом генератора высокой частоты и с первым входом элемента И, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом четвертого D-триггера, к информационному входу которого подключен выход второго D-триггера, и с установочным входом Т-триггера, который соединен с установочным входом четвертого D-триггера, к синхронизирующему входу которого подключен выход Т-тригге- ра, и с установочным входом второго D-триггера, при этом выход третьего D-триггера подключен к установочному входу первого

D-триггера.

Изобретение относится к проводной связи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства. Для достижения цели введены четыре D-триггера 3-6, элемент НЕ 8, элемент И 10, Т-триггер 9, блок задержки 12. С помощью D-триггеров 3, 4 и делителя 11 частоты определяется наличие и знак рассогласования на пряже- ния деленной тактовой частоты относите л ыио- переднего фронта импульсов цифровой} сигнала. Отсутствию рассогласования соответствует попадание переднего фронта импульсов входного сигнала в интервал между задним фронтом задержанного и передним фронтом незадержанного напряжения тактовой частоты. При этом передним фронтом напряжения задержанной тактовой частоты осуществляется стробирование импульсов цифрового сигнала в регенераторе. Время задержки выбирается так, чтобы интервал согласования был шире, чем максимальный уровень временных флуктуации импульсов входного сигнала, но меньше половины периода тактовой частоты. 3 ил. fe

Фиг. 2

Фиг. 5