3.5.4. Устройство фазовой автоподстройки частоты

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, например, потока Е2 следовательно

Составляющие сигнала с выхода ВД, попадающие в полосу частот 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

Рис. 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 будут1 вычитаться и высокочастотные составляющие, определяемые нестабильностями частот записи в передающем и прием­ном устройствах. Следовательно, необходимо, чтобы

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 скороc-

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 ИЛИ,

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 изменении ВИ (в сторону увеличения или уменьшения) на величину 0,125 на выходе соответствующего логического элемента () вырабатывается 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 производится 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 (ПАП), 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;

б – 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.