Детектор частотно-модулированных сигналов

Свойства схемы ФАПЧ позволяют использовать ее в качестве детектора частотно-модулированных сигналов. Структурная схема устройства приведена на рис.8.2. Если ФАПЧ синхронизируется частотно-модулированным сигналом, то управляемый генератор отслеживает мгновенную частоту входного сигнала. Напряжение рассогласования на выходе фильтра , которое поддерживает ГУН в режиме синхронизации с входным сигналом, является выходным демодулированным сигналом.

Когда произошел захват частоты схемой ФАПЧ, то справедливо соотношение:

где

.

Тогда для напряжения, которое подается на ГУН, будем иметь:

(8.2)

Пусть мгновенное значение частотно модулированного сигнала составляет:

(8.3)

Где - несущая (немодулированная) частота частотно – модулированного сигнала,- максимальный разнос (девиация) частоты,- круговая частота модулирующего сигнала.

Подставляя (8.3) в (8.2) получим:

Переменная составляющая определяется выражением:

(8.4)

Это напряжение представляет собой модулирующее напряжение, которое накладывается на несущую частоту в передатчике. Как видно из выражения (8.4), модулирующее напряжение имеет два переменных параметра и.

Пусть - частота излома низкочастотного фильтра.

Если , то(см. выражение (7.14)). Если, то частотно модулированный сигнал ослабится фильтром низкой частоты. В соответствии с этим получим:

Таким образом, модулирующее напряжение можно получить на входе ГУН и отделить от постоянной составляющей посредством конденсатора. Отметим, что в этом случае ФАПЧ объединяет в себе две функции: селекции и демодуляции. Линейность демодулированного выходного сигнала определяется характеристиками ГУНа ().

8.3 Детектор амплитудно-модулированных сигналов

Использование схемы ФАПЧ для демодуляции амплитудно-модулированных сигналов показано на рис.8.3. Устройство эффективно при демодуляции сигналов, которые передаются с уменьшенным уровнем несущих колебаний. Схема ФАПЧ с петлей обратной связи производит захват сигнала и восстановление несущей частоты. Далее сигнал с ГУН, через фазосдвигающие цепи подается на выходной детектор, где производится демодуляция амплитудно-модулированного сигнала.

35. Синхронизация и восстановление сигналов тактовых импульсов.

Сигнал может бать передан прямым или модулированным методом: AM, FM и ЧМ.

Посмотрим старт с восстановлением тактируемого сигнала дляRZ формата (рис.8.4). Соответствующая структурная схема показана на рис. 8.5. Восстановление синхронизирующего сигнала выполнено одной цифровой ФАПЧ (DPLL). Центральная частота этой ФАПЧ выбрана приблизительно равной скорости сигнала двоичной передачи данных. ФАПЧ синхронизируется с демодулированным сигналом данных Uz*.

Рис.8.5 Восстановление сигнала с помощью RZкода.

Если используют фазовый детектор типа EXOR, то ГУН на выходе имеет сигнал демодулированных данных, как показано на рис.8.5. Выход ГУНа может быть использован для стробирования сигнала данных.

Синхронизация ФАПЧ сигнала восстановления тактового импульса имеет место для каждой логической 1, содержащейся в сигнале данных. Во время последовательности логических 0 ГУН продолжает генерировать со своей частотой. Продолжающийся второй 0 следует отменить, так как частота ГУНа может сдвинуться до значения, при котором синхронизация срывается.

Длинную последовательность 0 избегают, если используют проверку на четность. Для проверки на четность дополнительный бит информации добавляют в каждую группу, сообщение, восемь последовательных бит данных. Когда отрицательная четность, то суммарное число 1, в том числе четный бит. Результат отрицательной четности в таком случае гарантирует, что в каждой последовательности 9 бит имеется по крайней мере один бит, который не ноль.

Однако проблема инициализации по-прежнему заслуживает внимания Каждое законченное сообщение отслеживает пауза. В течение паузы нет сигнала, т.е. ситуация идентична длинной последовательности 0 в случаеRZ кода. Тогда при старте нового сообщения синхронизация, вероятно, будет потеряна. Синхронизация может быть восстановлена, если дать установку, которая предварит каждое сообщен ие. В случае RZ кода типичная предустановка содержит серию 1.

Рис.8.6. Способ восстановления тактового сигнала при NRZ формате.

Один метод выделения частоты тактового сигнала из NRZ сигнала показан на рис.8.6. Демодулированный сигнал NRZ Uz* сначала дифференцируется. Затем дифференцированный сигнал Udiff выпрямляется через схему абсолютного значения. Как показано на диаграммах (рис.8.6) выпрямленный сигнал Udiff* содержит компоненту частоты синхронную с тактом. Следовательно, он может быть использован для синхронизации ФАПЧ. В режиме синхронизации ФАПЧ выходной сигнал ГУНа является восстановленным тактовым сигналом U_T. Схемы аналогового-дифференциатора и абсолютного значения могут быть выполнены в одной цифровой схеме.

На рис. 8.7 показана так называемая схема контурного детектора (edge detector), в которой задержка распространения вентилей используется, чтобы получить импульс для каждого изменения входного сигнала. Время среза и фронта входного сигнала должно быть меньше, чем совокупная задержка распространения сигнала через четыре каскада инверторов. Если эти условия не выполняются, триггер Шмитта может быть использован, чтобы привести в соответствие передачу.

Если используют форматы бифазный или модуляции задержки, то демодулированный сигнал данных Uz* переключается в начале и в центре битовой ячейки (рис. 8.4). В этом случае демодулированному сигналу Uz* используемому для синхронизации требуется ФАПЧ с частотой вдвое больше. Схема восстановления тактового сигнала для формата модуляции задержки (DM) показана на рис.8.8. Сигналы, полученные для этой схемы, приведены на рис.8.9.

Схема контурного детектора вырабатывает короткие положительные импульсы U_f1 на каждое переключение (положительный и отрицательный фронт) демодулированного сигнала Uz*. Cигнал U_f1 используют для синхронизации ФАПЧ, которая работает с удвоенной частотой 2f (рис.8.9). Выходной сигнал Ut масштабирован на частоту в 2раза ниже за счет использования крайнего правого JK-триггер (рис.8.8).

Тактовый сигнал Ut теперь определяется низким уровнем в первой половине битовой ячейки и высоким уровнем во второй половине. На рис.8.8 показано, что схема также устанавливает и противоположную фазу (Ut сначала высокий в первой половине битовой ячейки). Это результат ошибочного представления полученных данных, потому что в каждой битовой ячейки изменения должны происходить либо в начале, либо в центре.

Для получения корректной фазы восстановленного тактового сигнала необходимо время вначале, чтобы установить выходной JK-триггер. Для ясности на рис.8.9 показано, что в начале восстановленный тактовый сигнал Ut действительно имеет неправильную фазу. Для получения корректных результатов требуется дополнительная схема. Рассмотрим с другой стороны сигнал U_f1 (рис.8.9). Интервал времени между любыми двумя последовательными импульсами U_f1 не постоянный, однако можно показать, что он составляет 1, или 2 периода битовой ячейки. Интервал длиннее, чем 2 периода невозможен. Трехразрядный двоичный счетчик (отмечен как 101 детектор на рис. 8.8) используют для подсчета (отрицательных) переключений сигналаU_f1 частотой 2f. Если счетчик восстанавливает каждый импульс U_f1,то их количество не превышает 4. Кроме того, на рис.8.9 ясно показано, что 4 импульс можно получить только в первой половине битовой ячейки и никогда во второй половине.

Этот факт используют, чтобы правильно установить триггерный делитель на 2 на рис.8.8. Всякий раз, когда 3-битный счетчик достигает 4 мультивибратор с одним устойчивым состоянием (однотактный режим) запускается. Это устанавливает JK-триггер в 1 состояние. Как показывают диаграммы, фаза восстановленного тактового сигнала устанавливают в ее корректное состояние.

23