Устройство фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) (рис. 3.24) состоит из временного детектора (ВД), схемы управления (СУ) и генератора, управляемого напряжением (ГУН).
В СУ выделяется постоянная составляющая сигнала с выхода ВД. Спектр этого сигнала содержит постоянную составляющую, соответствующую случаю идеального усреднения, сумму гармонических колебаний, обусловленных наличием разности частот записи и считывания в тракте передачи блока асинхронного сопряжения, и сложное колебание, обусловленное наличием времени ожидания. Подавление двух последних составляющих спектра сигнала на выходе ВД обеспечивает идеальное восстановление первоначальной скорости цифрового потока. Для этого в СУ необходимо использовать фильтр нижних частот (ФНЧ) с бесконечно малой полосой пропускания. Однако при этом не обеспечивается необходимая полоса захвата устройства ФАПЧ, которая не может быть меньше максимального расхождения частоты записи в передающем устройстве и частоты считывания в приемном устройстве , т. е.
|
|
где - полоса пропускания ФНЧ. В аппаратуре формирования, на-
пример, потока Е2 следовательно
Составляющие сигнала с выхода ВД, попадающие в полосу частот фнч, проходят на вход ГУН, что приводит к временным флуктуациям передаваемого цифрового потока. Системы с односторонним согласованием скоростей характеризуются большими значениями частоты согласования скоростей Поэтому составляющие, обусловленные наличием разности частот записи и считывания, являются достаточно высокочастотными и могут быть подавлены ФНЧ, а составляющие, обусловленные наличием времени ожидания, при определенных условиях могут быть сколь угодно низкочастотными из-за большого значения отношения частоты и частоты команд согласования скоростей, а следовательно достаточно существенными.
Системы с двусторонним согласованием скоростей характеризуются малыми значениями Поэтому составляющие, обусловленные наличием разности частот записи и считывания, оказываются достаточно низкочастотными и не могут быть подавлены ФНЧ, в то время как составляющие, обусловленные наличием времени ожидания, из-за малого отношения частоты и частоты команд согласования скоростей оказываются незначительными.
Таким образом, в системах с односторонним согласованием скоростей основным источником низкочастотных составляющих управляющего сигнала (а следовательно и флуктуации сигнала на выходе оборудования сопряжения) является время ожидания, а в системах с двусторонним согласованием - разность частот записи и считывания. При использовании в цепи управления ГУН простого ФНЧ временные флуктуации на выходе оборудования формирования потока Е2, например, могут достигать периода тактовой частоты.
|
|
Известен способ уменьшения временных флуктуации, основанный на компенсации низкочастотных составляющих в сигнале на выходе ГУН. Этот способ заключается в том, что из последовательностей импульсов, соответствующих моментам согласования скоростей, на выходе ГУН формируется компенсирующий сигнал, содержащий те же низкочастотные составляющие, что и сигнал на выходе ВД в передающем устройстве, но противоположной фазы. Компенсирующий сигнал формируется с помощью интегратора и инвертора (рис. 3.24). На выходе интегратора в спектре
ис. 3.24. Устройство ФАПЧ с компенсацией высокочастотных составляющих
управляющего сигнала
компенсирующего сигнала будет содержаться постоянная составляющая, равная составляющей сигнала управления на выходе ВД. Тогда на выходе сумматора будут подавляться не только низкочастотные составляющие сигнала с выхода ВД, но и постоянная составляющая этого сигнала, что недопустимо.
Постоянная составляющая в спектре компенсирующего сигнала подавляется с помощью разделительной цепи, включенной на входе интегратора. Ширина полосы подавления определяет границу частот в спектре сигнала на выходе ВД, ниже которой компенсация не производится. Выбрать сколь угодно малой нельзя, поскольку при этом из сигнала управления будут вычитаться и высокочастотные составляющие, определяемые нестабильностями частот записи в передающем и приемном устройствах. Следовательно, необходимо, чтобы пр.
Существенного уменьшения временных флуктуации во всем диапазоне частот можно достигнуть путем передачи в приемное устройство информации об изменении временных интервалов (ВИ) между моментами записи и считывания на величину, значительно меньшую периода считывания. Для этого в передающем устройстве используется дополнительный временной детектор (ВД), формирующий сигналы о промежуточных значениях ВИ между моментами записи и считывания, соответствующих изменению этого интервала на величину, значительно меньшую периода считывания В приемном устройстве в соответствии с данной информацией в цепи передачи сигнала записи вводится или выводится (в зависимости от знака изменения ВИ) задержка, равная В результате ВИ между последовательностями записи и считывания в приемном устройстве не превосходят что приводит к соответствующему уменьшению временных флуктуации передаваемого сигнала.
Структурная схема временного детектора, реализующего промежуточную фиксацию значений ВИ, приведена на рис. 3.25.
Этот детектор включает в себя детектор моментов согласования скорос-
Рис. 3.25. Временной детектор с фиксацией промежуточных значений ВИ между моментами записи и считывания
тей, аналогичный изображенному на рис. 3.18, и детектор промежуточных значений ВИ между сигналами записи и считывания, состоящий из счетчика импульсов и логических элементов
Каждый сигнал согласования скоростей через элемент ИЛИ устанавливает счетчик в исходное состояние, при котором сигнал на выходе счетчика соответствует 32-й позиции цикла. При этом ВИ между последовательностями записи и считывания равен периоду считывания и на выходах логических элементов вырабатывается нулевой сигнал. При измене-
нии ВИ (в сторону увеличения или уменьшения) на величину на
выходе соответствующего логического элемента вырабатывает-
ся сигнал, свидетельствующий о достижении ВИ первого промежуточного значения и сдвигающий в соответствующую сторону временное
положение сигнала с выхода счетчика импульсов. В результате сигнал с выхода счетчика импульсов будет сфазирован либо с 36-й позицией цикла, либо с 28-й позицией до тех пор, пока ВИ между последовательностями записи и считывания не достигнет величины , после чего произ-
|
|
водится фазирование счетчика с 40-й или с 24-й позицией цикла и т. д.
Рис. 3.26. Устройство ФАПЧ с передачей промежуточных значений ВИ между моментами записи и считывания
В устройстве ФАПЧ, структурная схема которого приведена на рис. 3.26, по каждому сигналу о достижении ВИ промежуточного порогового значения осуществляется (рис. 3.27 ,а) увеличение или уменьшение (в зависимости от знака согласования скоростей) компенсирующего напряжения (рис. 3.27,6).
Компенсирующий сигнал, вырабатываемый цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), вычитается из сигнала с выхода ВД, в результате чего на выходе ФНЧ формируется сигнал, управляющий работой ГУН. Естественно, что период следования промежуточных значений не может быть меньше максимального изменения ВИ между сигналами записи и считывания за период передачи команд о достижении промежуточных значений
Рис. 3.27. Временные диаграммы сигналов в устройстве ФАПЧ с передачей
промежуточных значений:
а — сигнал о промежуточных значениях временного сдвига; 6 - вспомогательный сигнал; в - сигнал на выходе ВД; г - сигнал, управляющий работой ГУН
Передача промежуточных значений ВИ между сигналами записи и считывания приводит к изменению спектрального состава управляющего напряжения. Анализируя рис. 3.27,в,г, можно видеть, что при сохранении пилообразного характера управляющего напряжения его частота увеличивается. Это обеспечивает более полное подавление переменных составляющих управляющего напряжения.