книги / Радиоприемные устройства.-1
.pdfПриведем основные результаты исследования характеристик структуры, данной на рис. 9.22, б
Положение равновесия, а также значения полосы захвата и удержания по
лучаются из |
(9.25), (9.26) путем усреднения по флуктуационному |
члену |
|
17(t) .Тогда (9.25) |
преобразуется следующим образом: |
|
|
Р<Р= |
п и - |
ПуР(р)Ф(<р) |
(9.27) |
и не содержит характеристик шума.
Положение равновесия в соответствии с (9.27) \р = aresin£2H/£2 является
устойчивым в малом, полоса удержания ФАП равна |
£2, Результаты иссле |
дования полосы захвата £2з следующие: если £2 т » |
1, то £2з = 1, 12/т; если |
Яуг < 1, то ФНЧ не влияет на работу ФАПЧ и £2з = £2у |
|
Следует обратить внимание на то, что при заданном отношении h = С/Ш на входе системы отношение на ее выходе будет численно равно выходному отношению С/Ш в полосовом фильтре с полосой пропускания П , эквивалент ной полосе пропускания ФАПЧ. Это свойство системы ФАПЧ является основа нием для ее использования с целью фильтрации сигналов. У фильтров на осно ве ФАПЧ в отличие от LC-фильтров имеются дополнительные преимущества: слежение за частотой сигнала в пределах полосы удержания и автоматическая подстройка к этой частоте, если расстройка не превышает полосу захвата. Кро ме того, эти фильтры удобны для интеграции, так как не.содержат индуктив ные элементы.
Рассмотрим свойства переходного процесса в ФАПЧ. При этом следует так выбрать параметры системы, чтобы при заданных £2з и П обеспечить ми нимум длительности переходного процесса, приводящего к устойчивому циклу.
Результаты исследования характеристик переходного процесса следую
щие: 1) переходный процесс определяется параметром |
системы |
/3 = ^£2 т; |
2) при 0 « 1 переходный процесс имеет колебательный |
характер; |
при 0 > 5> 1 |
оИ становится апериодическим, что предпочтительней. Граница зон процессов соответствует 0 = 4; 3 )время установления переходного процесса Гу растет с увеличением 0 . Поэтому параметр 0 следует выбирать не слишком большим. Практически достаточно выбрать 0 > 10; 4) с увеличением отношения С/Ш на в*оде системы длительность Гу растет; 5) средняя длительность Гу не изменя
ется при изменении £23 , если |
£23 > 21£2н | |
Исследование процесса |
срыва слежения в структуре, показанной на |
рис. 9.22, б , показывает следующее. Для уменьшения вероятности срыва сле жения, т. е. перехода системы из выбранного рабочего состояния в нерабочее или другое рабочее состояние, следует выбирать 0 порядка 1 или более. С уве личением полосы П из-за существенного уменьшения отношения С/Ш вероят ность срыва возражает, но сокращается длительность переходного процесса. Поэтому параметр 0 выбирается из компромиссных соображений.
9.7. Цифровой синтез частот в радиоприемном устройстве
Синтезатором частот называют устройство, с помощью которого произво дится формирование множества колебаний рабочих частот, когерентных с Час тотой опорного (эталонного) источника сигнала.
|
Рис. 9.25 |
г) |
ухудшением условий обеспечения внутриаппаратурной ЭМС в РПУ, так |
как в процессе работы синтезатор создает широкий спектр различных колеба ний, для подавления которых необходимо применить ряд специальных мер: экранирование, выбор основных характеристик колебаний, электрическую изоляцию по общим цепям питания,управления ит.д.
На выходе цифровых СЧ получаются импульсные колебания. Так как на ПЧ подается гармоническое колебание, оно должно быть выделено из импульсного с помощью перестраиваемого фильтра. В качестве последнего удобно взять следящий фильтр на основе ФАПЧ (см. § 9.6). На рис. 9.24, а приведена структурная схема петли ФАПЧ, содержащая импульсно-фазовый демодулятор Д и перестраиваемый управляемый генератор ПГ. С помощью по добной структуры можно выделить колебание первой гармоники импульсного сигнала. Если добавить в структуру, показанную на рис. 9.15,а , преобразова тель частоты ПЧ (рис. 9.24, б) , то будет осуществлен перенос генерируемого колебания на любую другую частоту.
Рассмотрим некоторые наиболее распространенные принципы работы циф ровых СЧ для создания дискретной сетки частот.
1, Цифровой СЧ на основе ФАП с делителем с переменным коэффициен том деления (ДПКД). Упрощенная структурная схема СЧ приведена на рис. 9.25. Как видно, система ручного или автоматического управления синте затором (СУ) воздействует на управляемый делитель (УД). На выходе последнего частота управляемого перестраиваемого генератора (ПГ) f с по мощью устройства делетия УД делится Afраз, т. е. оказывается равной f/N
Это колебание подается на один из входов импульсно-фазового детектора (ИФД), на второй вход которого поступает сигнал опорного генератора с час тотой / 0 Стабильность этого генератора делается высокой и практически определяет стабильность СЧ. Используя известный принцип (см. § 9.6), с по мощью петли ФАП можно обеспечить равенство f Q= f/N, для чего служит УЭ. Таким образом, частота колебания на выходе СЧ равна / = f QN и независимо от величины N имеет стабильность, равную стабильности опорного генератора, которая может быть достаточно велика, если в качестве последнего использо вать высокостабильный генератор на фиксированной частоте / 0 (например, кварцевый или молекулярный).
|
Рис. 9.26 |
|
Код частоты |
|
|
от су |
|
К ИФД |
----------------N Сообщение |
||
-------- |
|
|
кодоб
к
От УО
-------- СИ < —
Рис. 9.27
Изменяя коэффициент деления N , получают любую из частот с шагом, равным / 0 Если этот шаг выбрать достаточным для надежной настройки на частоты радиосигналов с известной шириной спектра, то, несмотря на дискрет ный характер настройки СЧ, можно обеспечить его практическую настройку, совпадающую с требуемой для выделения любого заданного радиоканала.
Код, создаваемый в СУ, определяет коэффициент деления частоты ДПКД. На вход последнего поступают импульсы, формируемые нуль-органом из гар монического колебания перестраиваемого генератора. Импульсы с выхода ДПКД сравниваются по фазе с импульсами опорной частоты / , для чего слу жит импульсно-фазовый детектор ИФД Его характеристика приведена на рис. 9.26, где ивых —выходное напряжение детектора. Последнее пропорцио нально временному сдвигу т между импульсами на входах ИФД, что позво ляет осуществить подстройку ПГ с точностью до фазы колебания /
Приведем краткие сведения о выполнении основных узлов структура СЧ (см. рис. 9.25).
Перестраиваемый генератор ПГ выполняется с электронным управлением, например, с помощью варикапа. Его долговременная стабильность не имеет значения, так как медленное изменение частоты компенсируется при работе ФАП. Основное требование к нему - обеспечение хорошей кратковреме!шой стабильности на интервале времени порядка 1//0 .
«Г (*)>
' о
u (t),
Ln.. П П - fW -V .
U / O i i
i
0
------------ ► t
Рис. 9.28
Ддя делителя^ с переменным коэффициентом деления ДПКД применяются методы цифровой техники. На рис. 9.27 приведена его возможная структурная схема, где импульсы с нуль-органа (НО) поступают на счетчик импульсов (СИ). В счетчике осуществляется сравнение числа импульсов с управляющим кодом частоты от СУ. При совпадении кодов на выходе 'вырабатывается им пульс, поступающий на вход ИФД и устанавливающий счетчик импульсов в ис ходное состояние (нулевое).
В ИФД использует^ известный в цифровой технике принцип вы борка— запоминание”, для чего служит структура, приведенная на рис.9.28, а . Корот кие опорные импульсь* от источника напряжения и. (г) (рис. 9.28,6) посту-
7о пают на ждущий генератор эталонного линейно изменяющегося напряжения
(ГН). Импульсы с вывода ДПКД и -(f) открывают и закрывают ключ (К) та ким образом, что на ег0 выходе формируется последовательность АМ-импуль- сов и (t), амплитуды которых пропорциональны разности фаз сравниваемых колебаний. С помощью пикового детектора (ПД) амплитуда импульсов запо минается таким образом> что ее значение сохраняется на интервале между дву-
мя выборками. В результате на выходе ПД в выходном сигнале мвых (г) про исходит глубокое подавление напряжения опорной частоты f Q, что позволяет исключить ФНЧ. Это приводит к значительному возрастанию эквивалентной полосы пропускания ФАП и повышению ее быстродействия. Можно показать, что переходный процесс в рассматриваемой структуре (см. рис. 9.28, в) за канчивается за два периода опорной частоты.
Особенностью СЧ с ДПКД является чувствительность к фазовым флуктуа циям опорного колебания, так как в системе, приведённой на рис. 9.2$, его частота изменяется в N раз. Это приводит к увеличению индекса паразитной ФМ колебания на частоте / и уровня гармоник в его спектре. Поэтому необхо димо повышать требования к ’‘чистоте* спектра генератора опорного колеба ния.
2. Цифровой СЧ на основе суммирования параллельных кодов. Этот тип СЧ характеризуется высоким быстродействием и возможностью широкого применения решений, пригодных для интегральной технологии.
Структура СЧ приведена на рис. 9.29. Тактовые импульсы с частотой f T поступают на триггерный счетчик-делитель У1-УЗ. С выхода каждого триг
гера импульсы подаются на вход последующего триггера и на соответствую щий логический элемент И схем У6-У 8. На другие входы этих элементов по ступает двоичный «-разрядный управляющий к о д ^ 1 qn С инверсных вы ходов триггеров импульсы подаются к другим логическим элементами схем У6-У 8. На другие входы этих элементов, исключая последний, поступают сиг налы с выходов логических элементов ИЛИ. На последний логический эле мент И поступает одноразрядный код qn+ { , который служит для изменения частоты цифрового СЧ на один дискрет.
Если управляющий код имеет в младшем разряде 1, а в остальных 0, то за один период выходного колебания счетчика-делителя Тп = 1jFп = 2n/fT на вы ходе У4 появится один импульс. Если в предпоследнем разряде управляющего
кода содержится |
1, а в остальных 0, то появятся два импульса за период и т.д. |
||
Число импульсов на входе схемы У4, появляющихся за время этого перио |
|||
да, может быть определено как |
|
||
N = |
Ъ Я ГтТпЦ{ |
(928) |
|
|
1=1 |
1 |
|
Но так как значение управляющего кода равно |
|
||
R = |
2 q.2n/2i |
(9.29) |
|
|
i=i |
1 |
|
из (9.28), (9.29) |
получаем среднее значение частоты следования импульсов на |
||
выходе схемы У4 |
|
|
|
f T = RF„ |
(9.30) |
||
Таким образом, как следует из (9.30), средняя частота выходных импуль сов определяется управляющим кодом. Но так как импульсы следуют нерав номерно, возникает фазовая флуктуация сигнала СЧ. Для устранения этой не равномерности используется счетчик-делитель У5.
9.8. Цифровая система автоподсгройки частоты
Цифровая АПЧ (ЦАПЧ) имеет ряд достоинств по сравнению с описанной в главе 7 аналоговой АПЧ: не требует частотного детектора, точность настройки которого влияет на точность работы системы; сохраняет работоспособность в процессе глубоких замираний сигнала; имеет большую устойчивость в работе при действии помех; легко сопрягается с СЧ на основе цифровых методов. Указанные положительные качества обеспечиваются преимуществами цифро вых методов обработки информации и управления, в частности высокой поме хоустойчивостью, возможностью ’’запоминания” сигналов в процессе работы и т. Д. Рассмотрим некоторые способы реализации ЦАПЧ.
1. Система ЦАПЧ с компаратором. Система обеспечивает автоподстройку частоты гетеродина к ближайшей частоте, кратной дискретному шагу пере стройки в РПУ. Система (см. рис. 9.30) содержит: источник высокостабильно го гетеродина колебания 1 , формирователь из этого колебания прямоуголь ных импульсов 2 , а также блоки 3 -7 , с помощью которых осуществляется опенка отклонения частоты гетеродина от требуемого значения для удовлетво-
а
в
9
Рис. 9.32
появляется логическая 1 , закрывающая схему совпадения 5 и открывающая устройство 4 . С этого момента все последующие импульсы будут поступать на основной счетчик частоты 7 . Как следует из изложенного, во время t после довательно работают два счетчика: счетчик / во время t (рис. 9.32, б) и счетчик частоты 7 во время t c , чем достигается введение поправок н а /п . По завершении цикла счета код счетчика 7 , соответствующий f Q, поступает на преобразователь кода 8 , где трансформируется в код индикатора, и далее на цифровой индикатор частоты настройки /