П2.2. Применение устройств с ФАПЧ

Устройства, основанные на использовании ФАПЧ, находят широкое применение при построении помехоустойчивых систем синхронизации сигналов, синтезаторов частоты, прецизионных электроприводов, высокоскоростных интерфейсов при передачи и обработки информации, а также во многих других областях техники. Некоторые примеры применения ФАПЧ в различных электронных устройствах рассмотрены ниже.

П2.2.1. Синтезатор сетки стабильных частот на основе одного опорного кварцевого генератора

Структурная схема такого синтезатора является типовой конфигурацией однопетлевой цифроаналоговой системы ФАПЧ (рис. П2.2), работающей следующим образом. Сигнал входной частоты f_вх создается ЭГ с кварцевым резонатором, затем он поступает на делитель ДВЧ, понижающий f_вх в N раз (f_вх / N), что позволяет применять высокочастотные кварцевые резонаторы и обеспечивать надежную работу ФД, формирующего, совместно с ФНЧ, сигнал управления U_упр для ГУН. Поскольку выходное напряжение ГУН поступает на вход ФД через делитель ПДЧ (f_вых / M), то на входы ФД поступают сигналы с частотами f_вх / N и f_вых / M, в результате сравнения которых выходной сигнал, будет иметь частоту, определяемую уравнением

                                 .                (П2.4)

Видно, что изменение частоты f_вых может регулироваться с помощью кода, поступающего на ПДЧ из устройства управления. Для расширения сетки синтезируемых частот можно использовать переключение ДВЧ.

П2.2.2. Детектор частотномодулированных сигналов

Еще один пример применения ФАПЧ показан на рис. П2.8, где приведена структурная схема частотного детектора на основе системы ФАПЧ, обычно называемого синхронно–фазовым детектором (СФД). На один из входов ФД подается входной сигнал U_вх, а на другой – напряжение U_ГУН местного подстраиваемого (обычно с помощью варикапов) гетеродина ГУН. Сигнал ошибки через ФНЧ1 поступает на усилитель постоянного тока УПТ, с выхода которого через ФНЧ2, подавляющего высокочастотные импульсные помехи, снимается выходной сигнал U_вых.

Принцип действия СФД сводится к тому, что при расхождении фаз вследствие несовпадения частот входного и гетеродинного сигналов ФД вырабатывает напряжение ошибки, которое, с одной стороны, после фильтрации и усиления меняет частоту ГУН, устанавливая ее равной частоте U_вх, а с другой стороны, формирует (с помощью ФНЧ2) выходной сигнал U_вых. Заметим, что ФНЧ2 в работе петли ФАПЧ не участвует, а используется только для устранения высокочастотных помех на выходе СФД.