Устройство фазовой автоподстройки частоты Советский патент 1982 года по МПК H03L7/10 

( УСТРОЙСТВО ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в сис темах выделения опорной или тактовой частоты. Известно устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее соеди ненные в кольцо подстраиваемый генератор, фазовый манипулятор, первый фазовый детектор, другой вход которо го является входом- устройства, и фильтр нижних частот, а также включенные последовательно между выходом и управляющим входом фазового манипу лятора второй фазовый детектор, первый формирователь импульсов в момент перехода напряжения через нуль, первый элемент И и управитель манипулятором, включенные послёдовательно между другим выходом фазррасщепителя и другим входом управителя манипулятора, третий фазовый детектор, второй формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль и второй элемент И, при этом другие ВХОДЫ второго и третьего фазовых де текторов соединены с входом устройства f, Однако в известном устройстве не использованы все ресурсы расширения полосы захвата. Цель изобретения - расширение полосы захвата. Цель достигается тем, что в устройстве фазовой автоподстройки частоты, содержащем соединенные в кольцо подстраиваемый генератор, фазовый манипулятор, первый фазовый детектор, ДРУГОЙ вход которого является входом устройства, и фильтр нижних частот, а также включенные последовательно между выходом и управляющим входом фазового мани.пулятора второй фазовый детектор, первый формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль,, первый элемент И и управитель манипулятором, включенные последовательно между другим выходом 39 Фазорас1иепит.еля и другим входом упра Е«-1теля манипулятора, третий фазовый детектор, второй формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль и второй элемент И, при этом другие входы второго и третьего фазовых детекторов соединены с рходом устройства, к выходу первого фазового детектора подключен усилитель-ограничитель , противофазные выходы которого подключены к входам первого и второго элементов И, фазовый манипулятор выполнен с дискретностью установки фазы ± 2Д({, а выход ные сигналы фазорас.щепителя смещены по фазе относительно входного на U + ду; и (- - АУ). 2 2 Кроме того, фазовый манипулятор в полнен в виде последовательно соединенных преобразователя синусоидально го напряжения в импульсное, делителя частоты, дешифратора и мультиплексера, входы управления которого подклю чены к выходам управителя манипулято ром, выполненного в виде реверсивного счетчика.Кроме того, фазовый мани пулятор выполнен в виде соединенных параллельно синфазного и квадратурно го каналов, причем каждый канал содержит коммутируемый усилитель, вход управления которого подключен к выхо ЯУ управителя манипулятором, выполненного из.последовательно соединенных реверсивного счетчика, дешифратора ; преобразовательной матрицы, причем выходы преобразовательной мат рицы являются выходами управителя манипуляторо, а входы сложения и вы читания реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым элементами И. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 и 3 структурные электрические схемы фазового манипулятора и управителя манипуЛято ром; на фиг. k - временные диаграммы поясняющие работу устройства.. Устройство содержит первый 1 второй 2 и третий 3 фазовые детекторы (ФД), фильтр 4 нижних частот (ФНЧ), подстраиваемый генератор (ПГ) физовый манипулятор 6, усилитель-огр ничитель 7, фазорасщепитель, образованный двумя фазовращателями 8 и 9, первый формирователь 10 импульсов в моменты перехода напряжения через нуль (ФИПИ), первый элемент И 11, второй ОИПН 12, второй элемент И 13, 4 управитель U манипулятором (УМ), кроме того фазовый манипулятор 6 (фиг. 2) состоит из преобразователя 15 синусоидального напряжения в импульсное, делителя 16 частоты, дешифратора 1 7 и мультиплексера 18, а фазовый манипулятор 6, имеющий вход 19 (фиг. 3), состоит из фазовращателя 20, коммутируемых усилителей (КУ) 21 и 22 синфаз ного и квадратурного каналов и сумматора 23, УМ Ti (фиг. З) содержит реверсивный счетчик , дешифратор 25 и преобразовательную матричу 26. Работа устройст ра в режиме вхождения в синхронизм. Пусть расстройка между частотой входного сигнала и частотой ПГ 5 больше нуля. Тогда напряжения биений .на выходах ФД 1-3 соответствуют эпюрам на фиг. а, б, в. Первый ФИПН 10 формирует импульсы в местах перехода чег рез нуль напряжения с выхода ФД 2 (фиг. ) , а второй ФИПН 12- в местах перехода через нуль напряжения с выхода ФД 3 (фиг. .) . Эти импульсы проходят соответственно на первые входы первого 11 и второго 13 элементов И. Напряжение с прямого выхода усилителя-ограничителя 7 (фиг. вJ отпирает первый элемент И 11, а напряжение с инверсного выхода усилите- ля-ограничителя 7 запирает второй элеме1гт И 13- В результате на УМ k проходят только импульсы с ФИПН 10. В момент прихода этих импульсоз УМ И формирует команду для фазового манипулятора 6 на изменение фазы проходящего через него колебания ПГ 5 на -2Д.Ср , вследствие чего изменяются на ЭТОТ же угол фазы выходных напряжении ФД 1-3. Поэтому на выходе ФД 1 напряжение биений принимает форму, показанную на фиг. а. Под воздействием постоянной составляющей этого напряжения происходит затягивание системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) в синхронизм.: Если частотная расстройка отрицательна, то предлагаемое устройство работает аналогично описанному выше, Однако теперь фазовая ошибка имеет противоположный знак, поэтому открывается второй элемент И 13 в момент прихода на УМ Ik импульсов второго ФИПН 12, фаза манипулятора изменяется на -ь2Лф. В результате напряжение на выходе ФД 1 соответствует фиг. k 6

по форме, но имеет отрицательную полярность .

В режиме слежения напряжение на выходах ФД 2 и.З постоянные, поэтому на выходах ФИПН 10 и 12 нет импульсов, и устройство работает как обычная схема ФАПЧ,

Очевидно, результирующая полоса захвата определяется величиной постоянной составляющей напряжения ФД, т.е. величиной угла манипуляции Дф. ,ПрийЦ) полоса захвата равна полосе удержания. Реальная минимальнодопустимая величина Д(р определяется задержками в элементах устройства относительно наибольшей возможной частоты биений, а также допустимой сложностью УМ и фазового манипулятора 6..

Относительные величины полосы захвата УЗ , равные постоянной составляющей выходного напряжения ФД 1, в зависимости от ДЦ), приведены в табл.1.

Таблица 1

Для оценки сложности УМ 14 фазо- j вого манипулятора 6 в табл. 1 приведно также необходимое для манипуляции фазы число позиций N фазового манипулятора 6.

В тех случаях, когда в качестве ПГ 5 можно применить генератор повышенной частоты, фазовый манипулятор 6 и УМ Ш могут быть выполнены по схеме фиг. 2.

В этой схеме на выходах дешифратора 17 получаются сдвинутые импульсы. В мультиплексере 18 в соответствии с кодом р еверсивного счетчика УМ 14 один из этих импульсов подключается к выходу и проходит на ФД 1 и к фазовращателям 8 и 9Каждйму изменению кода реверсивного счетчика УМ 14 на +1 соответствует переключение мультиплексера 18 на импульсы, фаза которых отличается от фазй предыдущих импульсов на -2uCf , а при изменении кода на -1 фаза импульсов на выходе мультиплексера 18 изменяется на +2йС.

Устройство по схеме фиг. 2 может быть выполнено полностью на интегральных цифровых микросхемах.

Если собственная частота ПГ 5 примерно равна частоте входного сигнала, УМ 14 и фазовый манипулятор 6 могут быть выполнены по схеме фиг.ЗВ схеме фиг. 3 изменение фазы колебания ПГ 5 производится путем разложения этого колебания на квадратурные составляющие и сложения их с равным весом. Здесь фазовый манипулятор 6 образован первым и вторым коммутируемыми усилителями 21 и 22, первый из которых соединен с выходом ПГ 5 непосредственно, а второй через фазовращатель 20 на11/2. Выходы

коммутируемых усилителей 21 и 22 подключены к сумматору 23, выход которого является выходом фазового манипулятора 6. УМ 14 представляет собой последовательно соединенные pe-i

версивный счетчик 24, дешифратор 25 и преобразовательную матрицу 2б.

Сигналы, определяющие величину коэффициентов усиления коммутируемых

усилителей 21 и 22, формируются преобразовательной матрицей 26 по сигналу с выхода дешифратора 25- Таким образом, фаза сигнала на выходе сумматора 23 определяется кодом ревер- .

сивного счетчика 24, а порядок переключения фазы - направлением счета этого реверсивного счетчика 24.

В табл. 2 в качестве числового примера даны значения коэффициентов усиления коммутируемых усилителей 21 .и 22, код реверсивного счетчика 24 и значение фазы колебаний на выходе

сумматора 23 для ( 1 2дср1) 30°.

Технико-экономический эффект предложенного устройства определяется расширением полосы захвата, что дает

возможность применения более простых, а следовательно, и более дешевых генераторов частот источников сигнала, а также расширить допустимые пределы допплеровского смещения частоты в изме.рителях скорости, частоты и т.п. или повысить .помехоустойчивость радиотехнических устройств, в которых применяется предлагаемое техническое решение за счет резкого обужения шумовой полосы ФАПЧ при сохранении заданной полосы захвата. Коэффициенты усиления 1 1 1/2 КУ 21 О 1/2 1 О ЗО 60

Формула изобретения . 1. Устройство фазовой автоподстройки частоты, содержащее соединенные в кольцо подстраиваемый генератор, фазовый манипулятор, первый фазовый детектор, другой вход которого является входом устройства, и фильтр нижних частот, а также включенные последовательно между выходом к управ-ляющим входом фазового манипулятора второй фазовый детектор, первый формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль, первый элемент И и управитель манипулятором, включенные последовательно между другим выходом фазорасщепителя и другим входом управителя манипулятора, третий фазовый детектор, второй формирователь импульсов в моменты перехода напряжения через нуль и второй элемент И, при этом другие входы второго и третьего фазовых детекторов соединены с входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения полосы захвата, к выходу первого фазового детектора подключен усилитель-ограничитель, прогивофазные вь1ходы которого подключены к входам первого и второго элементов И, фазовый манипулятор выполнен с дискретностью установки -фазы ± 2дЧ, а выходные сигналы фазорасщепителя смещены по фазе относительно входного

1 йСр1и(,)., на

2,Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что фазовый ма.нипулятор выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя синусоидального-напряжения в импульсное, делителя частоты, дешифратора и мультиплексера, входы управления коjToporo ;подключены к выходам управите этя манипулятором, выполненного в виде реверсивного счетчика.

к выходу управителя манипулятором, выполненного из последовательно соединенных реверсивного счетчика, дешифратора и преобразовательной матрицы, причем выходы преобразовательной матрицы являются выходами управителя манипулятором, а входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены соответственно с первым и вторым элементами И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг.Е

и,

10

Фи.З

,