Способы тактовой синхронизации

Способы тактовой (частотной) синхронизации подразделяются на независимые (плезиохронные), принудительной синхронизации и взаимной синхронизации. Способы принудительной синхронизации в свою очередь подразделяются на способы «ведущий — ведомый» и «распределенный ведущий».

Плезиохронные способы используются на соединениях между сетями синхронной цифровой иерархии в случаях, когда эти сети по тем или иным причинам не могут быть синхронизированы от одного генератора.

Способы принудительной синхронизации применяются наиболее часто, причем способы типа «ведущий — ведомый» оказываются наиболее рентабельными. Способы типа «распределенный ведущий» находят применение в радиосвязи и для внутриузловой синхронизации на сетях СЦИ. Способы взаимной синхронизации наиболее совершенны теоретически, но весьма сложны и применяются по преимуществу для повышения качества первичных (ведущих) генераторов на сетях СЦИ. Здесь рассматриваются общие принципы тактовой синхронизации типа «ведущий — ведомый». «Ведущим» при этом является задающий генератор в автономном режиме, а «ведомым» — генератор с принудительной синхронизацией.

Задающий генератор в автономном режиме

Функциональная схема задающего генератора (ЗГ) в большинстве случаев может быть сведена к схеме, показанной на рис. 2.1. Она представляет собой замкнутую петлю (петлю обратной связи ОС), состоящую из усилителя мощности, ограничителя амплитуд и избирательного устройства — резонансного контура или полосового фильтра. Ограничитель амплитуд в общем случае не является отдельным устройством, а отображает амплитудную характеристику усилителя.

Рис. 2.1. Функциональная схема задающего генератора

Свободные колебания в такой системе возможны при соблюдении условий баланса амплитуд и баланса фаз.

где n — число элементов в петле обратной связи, т — целое число (т = 0, 1,...), Si- усиление i-го элемента в децибелах, а φi- фазовый сдвиг i-го элемента в радианах.

Предположим, что условие баланса фаз выполняется на частоте ω0, на которой тогда и происходит генерация.

Пусть под воздействием внешних факторов в каком-либо элементе i параметр γ изменился на Δγ, что привело к изменению фазового сдвига (и сдвига по петле ОС) на Δφ. Тогда

 (2.1)

т.е. баланс фаз нарушился.

Восстановление баланса и, следовательно, удержание генерации происходит, как показывает опыт, при изменении частоты генерации на величину Δω. При этом

Воспользовавшись формулой Тэйлора и полагая, что отклонение частоты невелико Δω <<1, получаем

 (2.2)

Вычитая это выражение из (2.1), получаем

Отсюда относительная нестабильность частоты будет равна

 (2.3)

где знаменатель — фиксирующая способность генератора. Из формулы (2.3) видно, что фиксирующая способность генератора тем больше, чем выше частота генерации и выше крутизна фазовой характеристики некоторого А-го элемента. Этот элемент, обладающий по сравнению с другими наибольшей крутизной фазовой характеристики, очевидно, должен иметь параметры, мало зависящие от внешних условий (быть стабильным) и от замены элемента (обладать эталонностью). Такими свойствами обладают кварцевые резонаторы (КР).

Эквивалентная схема КР приведена на рис. 2.2, а, на рис. 2.2, б, в показаны частотные характеристики модуля полного сопротивления КР и фазового сдвига. Полное сопротивление КР характеризуется частотами и - последовательного и параллельного резонанса. Величины C1 и L1эквивалентной схемы определяются собственными колебаниями кристалла, R —потерями, а Со — емкостью кристаллодержателей. Все эти величины содержатся в техническом паспорте кварцевого резонатора.

Рис. 2.2. Кварцевый резонатор: а — эквивалентная схема; б — частотная характеристика модуля полного сопротивления; в — фазовая характеристика полного сопротивления

Последовательно с КР включают Сп — подстроечный конденсатор, сдвигающий частоту последовательного резонанса ωο1 вправо. Частота собственных колебаний, равная ωо2, находится между частотами и (так как в точках подключения КР сопротивление обычно имеет емкостную составляющую, которую индуктивное сопротивление КР должно компенсировать).

Значения резонансных частот могут быть найдены по приближенным формулам:

Последнее соотношение близко к единице (< 1,003), поэтому относительные пределы регулирования частоты конденсатором С невелики (обычно менее 0,2%).

Задающие генераторы, стабилизированные кварцевыми резонаторами, находят широкое применение в устройствах плезиохронной цифровой иерархии. Долговременная относительная нестабильность порядка 10-6 этих генераторов вполне достаточна. В устройствах синхронной цифровой иерархии такие генераторы используются в синхронных мультиплексорах в качестве местных генераторов.