Замкнутое устройство синхронизации

В большинстве существующих синхронных СПДС для подстройки частот генераторов используют метод фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Сущность которого состоит в сравнении фазы принимаемой последовательности сигналов с фазой сигналов генератора тактовой последовательности приемника (местного генератора).

При расхождении частот указанных последовательностей изменяются и их фазовые соотношения. Обнаружения расхождения фаз осуществляется в фазовом дискриминаторе (ФД), на выходе которого возникает напряжения пропорциональное величине расхождения фаз. Это напряжения через инерционный (усредняющий) элемент воздействует на управляющее устройство (УУ) местного генератора, изменяя его частоту в требуемую сторону.

Инерционный элемент усредняет напряжение на выходе ФД за относительно продолжительное время, т.к. в противном случае любое случайное отклонение фазы может вызвать ложное регулирование местного генератора.

Упрощенная схема устройства обнаружения, расхождения фаз и подстройки частоты приведена на рисунке 3.1, а временная диаграмма на рисунке 3.2.

Рисунок 3.1

Рисунок 3.2

Сигнал, поступающий на вход приемника (рисунок 3.2а) и сигнал местного генератора (рисунок 3.2б) подаются на вход фазового дискриминатора, которые выполнены на логических схемах равнозначности (выходной сигнал такой схемы отличается от нуля в том случае, когда значение сигналов на обоих входах одинаково). На одну из этих схем сигналы местного генератора поступают через инвертор. Частота сигнала местного генератора равна частоте поступившей на вход приемника последовательности сигналов. С выхода схемы равнозначности сигналы, которые инвертированы относительно друг друга, поступают на сумматор, где они складываются, образуя сигнал изображенный на рисунке 3.2д. Если поступающие из канала и сигналы и сигналы местного генератора совпадают по частоте, а их фазы сдвинуты на 90˚ (что соответствует синхронному и синфазному режиму работы), то постоянная составляющая на выходе сумматора (рисунок 3.2д) практически равна 0.

При изменении одной из сравниваемых частот или …………………………………… изменяется постоянная составляющая сигнала на выходе сумматора. Например, при увеличении частоты местного генератора (на рисунке 3.2б показан пунктиром) увеличивается длительность положительных сигналов на выходе сумматора (рисунок 3.2е). Постоянные составляющие становятся положительными. При уменьшении частоты местного генератора она становится отрицательной.

Постоянная составляющая импульсной составляющей выделяется инерционным элементом ФНЧ и воздействует через управляющее устройство на генератор, изменяя его частоту в требуемую сторону. В качестве управляющего устройства в подстраиваемом генераторе могут быть использованы стабилитроны, динамическая емкость которых зависит от величины приложенного напряжения. Частота местного генератора изменяется при изменении емкости стабилитронов, введенных в колебательный контур генератора. Рассматриваемая схема предполагает непосредственное воздействие на частоту местного генератора.

Общими недостатками всех устройств синхронизации с непосредственным воздействием на генератор являются следующие:

1) Снижение стабильности генератора примерно на порядок вследствие воздействия на один из его параметров

2) Невозможность использования одного генератора для работы нескольких устройств синхронизации. Устройство синхронизации с непосредственным воздействием на генератор применяется лишь тогда, когда устройство без непосредственного воздействия на генератор трудно реализовать (например, на очень высоких частотах)

В устройстве синхронизации без непосредственного воздействия на генератор фаза подстраивается в промежуточном преобразователе, через который проходит местное тактовое колебание. В качестве промежуточного преобразователя обычно используется делитель частоты следования импульсов.

Устройство синхронизации с делителем частоты, возможно, полностью реализовать на логических элементах, что упрощает их изготовление, настройку и эксплуатацию

Принцип изменения фазы в процессе деления частоты можно пояснить пользуясь рисунками 3.3 и 3.4

Рисунок 3.3

Рисунок 3.4

Генератор вырабатывает колебание высокой частоты в m раз больше тактовый частоты, где m – коэффициент делителя тактовой частоты. Формирующее устройство (ФУ) преобразует выходное колебание генератора в последовательность коротких импульсов с частотой следования ФГ. Далее последовательность импульсов делится на m делителем частоты, представляющее собой последовательное включение нескольких триггеров. Процесс деления иллюстрируется временной диаграммой, представленной на рисунке 3.4.

На рисунке изображены исходная последовательность импульсов с частотой f_г и получаемая на выходе тактовая последовательность с частотой f_т. Коэффициент деления m=8. При этом на выходе выделяется каждый 8-й импульс входной последовательности импульсов. Если на вход делителя подать дополнительный импульс через УИДИ (узел исключения и добавления импульсов), то фаза выходных импульсов сместиться в сторону опережения на величину (рисунок 3.4г). Дополнительный импульс не должен совпадать по времени с импульсом высокочастотного генератора. Если один из импульсов, поданных на делитель исключить, то фаза выходных импульсов сместиться на ту же величину ∆t в сторону отставания.

Таким образом, путем исключения и добавления импульсов можно изменять фазу тактовой последовательности в нужную сторону.

Упрощенная схема (УС) с дискретным управлением показана на рисунке 3.5

Рисунок 3.5

Схема включает фазовый дискриминатор, реверсивный счетчик Рсч, генератор, узел исключения и добавления импульсов, делитель частоты.

ФД в результате сравнения фаз сигналов с частотами f_вх (входной сигнал) и f_т (местная, тактовая), выдает импульс на одном из своих выходов, свидетельствующий об опережении ими отставания фазы местного генератора.

При отсутствии реверсивного счетчика этот импульс поступал бы на соответствующий вход УИДИ, в результате чего в нужную сторону изменилась фаза тактовая. Для того, что бы исключить мешающее влияние шума, присутствующего во входном сигнале, на подстойку тактовой частоты включают реверсивный счетчик, выполняющий в данном случае роль инерционного элемента.

Реверсивный счетчик выполняет роль реверсивного делителя частоты: импульс на его выходе появляется в результате поступления на вход заранее заданного числа импульсов с выходы ФД. Если из-за шума произошло ложное срабатывание ФД, не отрицающего истинного соотношения фаз, этот сигнал не поступит сразу на вход УИДИ, и не вызовет неправильной регулировки фазы, а компенсируется в РСИ посредством прихода вслед за ним нужного количества «правильных импульсов»

Таким образом, повышается помехоустойчивость, но снижается ее быстродействие, изменяются некоторые другие свойства.