книги из ГПНТБ / Машбиц Л.М. Цифровая обработка сигналов в радиотелеграфной связи

Нумерация позиции переключателей и обеспечиваемая ими коммутация триггериых концов выбраны таким образом, чтобы сумма номера .позиции переключателя и номера .состояния декады при поступлении управляющего сигнала оставалась постоянно равной 9 для всех декад, кроме декады низшего разряда, и равной

от состояния 9 к состоянию 0 (см. структурные схемы и «ремен­ ные диаграммы декадных делителей на рис. 2.9 и 2.10).

Если при указанных условиях набрать на переключателях чис­ ле М, то при подаче управляющего сигнала на общий провод, сое­ диняющий ножевые концы всех переключателей (шина предуста­ новки), весь счетчик будет установлен в некоторое состояние Д, номер которого равен разности между числом возможных его со­ стояний I(полной емкостью счетчика) В и набранным на переклю­ чателях числом:

где а — число декад в счетчике.

После такой установки счетчика сигнал на его выходе появит­ ся при поступлении на его вход d импульсов; число d определяет­

и постоянный коэффициенты деления.

триггеров (для счетчика, имеющего 5—6 декад т]/«0,1), что объяс­ няется как большой задержкой сигнала предустановки относитель­ но входного сигнала, так и необходимостью выводить провода для •предустановки триггеров на внешние переключатели, что снижает частотный предел самих триггеров. По указанным причинам ДСП, построенные на основе схемы рис. 2.13а, целесообразно применять в тех случаях (отнюдь не малочисленных), когда нет надобности в достижении максимального значения т)/.

40

новый уменьшает .время запаздывания этого сигнала до минималь­ но .возможного значения и уменьшает зависимость частотного пре­ дела счетчика от его емкости.

Эти меры позволяют .получить в ДСП, выполненных по схеме рис. 2.136, существенно более высокие значения щ, чем в ДСП по схеме рис. 2.13а. Предельное значение этого коэффициента для схемы рис. 2.136, очевидно, не может превышать .0,5, поскольку установление девятого состояния декады низшего разряда и воз­ врат этой декады в состояние, соответствующее позиции, (набран­ ной на переключателе (процесс предустановки), должны происхо­ дить за время одного периода входного сигнала.

Структурная схема ДСП рис. 2.13s построена не на основе ис­ пользования принципа предустановки, а на основе прямого счета и электронного управления .коэффициентом деления декад. Декад­ ные делители, используемые в схеме рис. 2.13s, имеют ряд специ­

по схеме рис. 2.13s. В этой схеме за каждой декадой, кроме уста­

триггера управления. Теперь примем, что позиции переключате­ лей •пронумерованы так же, как это было указано выше для схемы рис. 2ЛЗа, и, когда триггер управления находится в позиции « 0 » (что соответствует отрицательному потенциалу на его выходе г/i),. коэффициент деления декады связан с позицией С переключателя

позиции '«1» |(что соответствует положительному потенциалу на выходе у\), то коэффициент деления декады im='10. Если теперь все триггеры управления установить в позицию к<0», то каждая де­ када в первом ровоем цикле будет работать с коэффициентом де­ ления, соответствующим установленной позиции переключателя. Однако но окончании первого цикла выходной сигнал каждой де­ кады переставит соответствующий триггер управления в позицию «1» и декады во всех последующих циклах .будут работать с коэф­ фициентом деления im=10 . Такое положение будет сохраняться до тех пор, пока выходной сигнал декады высшего разряда (выходной сигнал счетчика) не переставит все триггеры управления в пози­ цию '«0>. Тогда весь цикл работы счетчика начнется сначала.

42

Легко показать, что при соблюдении перечисленных условий приведенный выше алгоритм определения коэффициента деления счетчика М (2.9) (Сохраняет силу и для схемы рис. 2.13s.

На основе принципов, изложенных при рассмотрении схемы рис. 2.13s, была разработана специальная 'модификация ДСП для решения задач построения радиотелеграфного тракта и некоторых измерительных задач. Этот прибор .получил условное обозначение ДСП-1000/4 (предельная частота входного сигнала 1000 кГц, 4 де­ кады). Вид лицевой панели ДСП-1000/4 с органами управления дан на рис. 2.14, а структурная схема прибора приведена на рис. 2.15.

Рис. 2.!5. Структурная схема прибора ДСП-1000/4

Как видно из схемы, основными узлами ДСП-'l000/4 'являются: опорный генератор на частоту / i = l МГц; узел входа, формирую­ щий входные .сигналы, поступающие от шорного генератора или от внешнего источника, и управляющий режимом работы счетчика; четыре счетные декады с переменным коэффициентом деления 1107]; узел управления и выхода, содержащий выходные усилите­ ли и .триггеры управления декад Д \ , Д 2 , Дг\ блок наборных пере­ ключателей.

ДСП-Ю00/4 позволяет получить любой целочисленный коэф­ фициент деления М о т 1 до 10 000 включительно.

Изменением позиции переключателя «'Режим» можно выбрать один' из трех возможных режимов работы счетчика.

Режим «Авт». В этом режиме счетчик запускается при нажа­ тии КНОЛ1КИ «Старт» или подаче на гнездо «Старт» внешнего сиг­ нала. Счетчик выдает сигнал на выходе после поступления на вход заданного числа импульсов (или 'периодов входного 'сигнала), рав­ ного числу, набранному на переключателях Я ь ..., 1Я4, располо­ женных на лицевой панели. Повторение циклов автоматическое

43

(режим деления частоты входного сигнала). Остановка счетчика производится нажатием кнопки «Стон» 'или подачей ,на гнездо «Стоп» внешного сигнала.

Режим «Ручн». В этом режиме запуск счетчика также осуще­ ствляется нажатием кнопки «Старт» или подачей на •гнездо- «Старт» внешнего сигнала, а остановка счетчика осуществляется собственным выходным сигналом '(одноразовый отсчет).

Этот режим работы ДСП иногда .называют таймерным, пос­ кольку в таком режиме счетчик .формирует сигналы, длительность которых равна длительности периода опорного сигнала (внутрен­ него или внешнего), умноженной « а число, установленное на на­ борных переключателях декад. Для вывода таких сигналов калиб­ рованных 'временных интервалов в ДСП-1000/4 предусмотрен спе­ циальный выход («выход т » ) .

iB ДСП-1000/4 предусмотре­

5ны специальные цепи индика­ ции состояния декад при по­ мощи обычного стрелочного

соединяют матрицу управления с установочным переключателем де­ кады и один провод — с управляющим триггером, расположен -

44

ным в плате 'выхода. 'Выходной сигнал матрицы управления посту­ пает на усилитель и далее на выход декады и на общий imp овод, соединяющий входы xi всех триггеров (шина сброса).

•Принципиальная схема декады представлена на рис. 2.17. Кро­ ме основных цепей, на принципиальной схеме даны также и вспо­ могательные цепи, которые на схеме рис. 2.1-6 не показаны. Уои-

ш инициацию

выход

\\т \\рк (}& ф/А (}/& \^2к'0В

*/

A A A A A А Д А A

Вивши, упр.

Рис. 2.17. Принципиальная схема счетной декады прибора ДСП-1000/4

л.ители-инверторы 1, ..., 4 предназначены для подключения цепи индикации состояния декады. Сопротивления ,Ri, • • -, R\ в коллек­ торных цепях этих усилителей подбираются в соответствии с весом разрядов (.код декады 1—2—4—8). Усилитель-инвертор 9 служит для усиления сигналов, поступающих от внешнего источника и ис­ пользуемых для сброса декады в состояние 0. Усилитель сигналов, поступающих от матрицы управления, собран на двух инверторахусилителях — 10 и 11. Назначение остальных элементов схемы рис. 2.17 ясно из приведенных обозначений.

2.2. ДЕТЕКТОРЫ

2.2.1. ЛОГИЧЕСКИЕ Ф А З О В Ы Е Д Е Т Е К Т О Р Ы

Фазовый детектор (ФД) является широко распространенным узлом аппаратуры радиотелеграфного тракта, поэтому выбор наи­ более рациональных схемных и конструктивных решений этого узла'является весьма актуальной задачей.

45

в литературе {36, 60, 61, 62] приведен подробный анализ рабо­ ты различных схем фазовых детекторов и даны указания ,по их практическому выполнению. Эти материалы в основном относятся к таким схемам фазовых детекторов, в которых, по крайней мере, один из входов является симметричным, что при сопряжении с

на дискретных логических элементах, то приведенные в литерату­ ре схемы таких детекторов, как это отмечается в работе [36], обла­ дают принципиальным недостатком, ограничивающим возможность их применения,—наличием в статической характеристике детек­ торов некоторой зоны неоднозначности в области разности фаз сравниваемых колебаний 0 = 2гя (где r = 0 , 1, 2...). .В этой зоне знак крутизны характеристики идентичен знаку .крутизны в области 0=(2/-+1)л, что может приводить к ложным настройкам в систе­ мах ФАПЧ.

Этот недостаток полностью отсутствует в рассматриваемой .ни­ же схеме ФД. ФД обладает треугольной ^полигональной) зависи­ мостью уровня выходного сигнала детектора от разности фаз -срав­ ниваемых колебаний и не требует предварительного формирова­ ния входных сигналов, как это необходимо для ФД, выполненного с применением триггера [36].

Функциональная схема детектора приведена на рис. 2.18, где собственно ФД составляют элементы 5, 6, 7 и 5. Элементы /, 2 и

3. 4 относятся к схеме ФАГТЧ в целом и рассчитываются из усло­ вия f\/m—f2/,n.

Как видно из схемы рис. 2.18, для работы рассматриваемого ФД необходимо, чтобы делители частоты обеих ветвей имели как прямые, так и инверсные выходы и чтобы выходные сигналы де­ лителей были симметричны (симметрия третьего рода [63]). Этого можно достичь либо выбором четных значений коэффициентов де­ ления п и т, как показано на схеме рис. 2.18, либо применением специальных схем деления частоты (см. схему рис. 2.7 § 2.1), обес­ печивающих симметричный выходной сигнал при нечетных значе­ ниях коэффициентов деления.

Логические операции, осуществляемые элементами детектора, ясны из приведенных на схеме рис. 2.18 обозначений и дополни­ тельных пояснений не требуют.

46

где -ер — текущее значение .фазы колебания, принятого за опорное. Интеграл (2.10) можно вычислить, разбивая весь интервал ин­ тегрирования 0-ь2я на участки. При этом дли значений 0 = Оч-л рассматриваются четыре участка — ф[ = О-н0 ; ф2=|0-г-я; ф3 =

= я:Ч-(л+'0); ф,|= (л + 0)Ч-2я. 'Результат вычислений дает

Для значений 0 = лн-2л также рассматриваются четыре участка — ф5=0-=-(0—я); фб = (10 — я) - Ья; ф7 = я Ч - 0 ; ф8=|0-т-2я.

Результат вычислений дает

Далее, объединяя .ф-лы (2.''М) и (2.12), получим общее выра­ жение для всех возможных значений разности фаз сравниваемых колебаний:

47

Частотные детекторы (ЧД) имеют не менее обширную литера­ туру, чем фазовые (10; 36; 61; 62 и др.], поэтому нет (надобности рассматривать здесь общие принципы и аналитические соотноше­ ния, характеризующие работу таких устройств. Будут рассмотре­ ны лишь некоторые .варианты реализации ЧД на основе дискрет­ ных логических элементов и специфические вопросы, связанные с расчетом и применением таких устройств.

Функциональная схема ЧД, выполненного на дискретных логи­ ческих элементах (для определенности будем называть такой де­ тектор цифровым — Ц Ч Д ) , дана на рис. 2.21. Детектор состоит из

фильтра низких частот. Временные диаграммы, поясняющие рабо­ ту ЦЧД, приведены на рис. 2.22.

В отличие от обычных частотных детекторов, ЦЧД имеет два входа — эталонного сигнала /0 и рабочего сигнала f. На базе эта­ лонного сигнала формируются импульсы такта времени с интерва­ лом T i = «/jfo (рис. 2.21а). Импульсы такта времени открывают ключ, производят сброс делителя 2 в состояние 0 и устанавли­ вают триггер в позицию «0» (что соответствует положительному потенциалу на выходе триггера г/г). При этом .рабочий сигнал / проходит через ключ и поступает на вход делителя 2, который на­ чинает счет импульсов (периодов) рабочего сигнала. Через неко­

48

делителя 2 ставит триггер и позицию «1» и закрывает ключ, что прекращает доступ рабочего сигнала / на вход делителя 2.

Такое состояние сохраняется в течение интервала времени тз до поступления очередного импульса такта времени, после чего весь процесс начинается сначала.

а) >

б)

В)

»1. Диапазон рабочих частот Ц'ЧД ограничен сверху только мак­ симально допустимой частотой делителя 2 (ее можно выбрать с большим запасом), а снизу частотой, определяемой условием />/н/2. Получить такое большое перекрытие по диапазону рабо­ чих частот в других типах частотных детекторов не удается.

49