§ 10.5. Цифровые системы фапч
В связи с развитием цифровых методов передачи и обработки информации широкое распространение получили цифровые системы ФАПЧ. Обобщенная структурная схема цифровой системы в принципе подобна аналоговой (см. рис. 10.1) с той лишь разницей, что каждое устройство является цифровым. На вход цифровой системы ФАПЧ (ЦФАПЧ) поступает периодический сигнал, который формируется устройством преобразования к виду, удобному для работы
цифрового фазового детектора (ЦФД) На второй вход ЦФД поступает сиг нал от цифрового перестраиваемого генератора (ЦПГ), в результате чеп на выходе ЦФД вырабатывается кс довая комбинация, соответствующа: разности фаз обоих входных сигналов В цифровом фильтре (ЦФНЧ) кодо вая комбинация подвергается фильт рации по определенному алгоритму Цифровой управляющий элемен' (ЦУЭ) вырабатывает управляющее на пряжение, которое в зависимости о входной кодовой комбинации произ водит дискретную коррекцию фазь или частоты ЦПГ.
Рассмотрим принцип действш ЦФАПЧ, где управление частотен ЦПГ осуществляется изменением фа зы некоторого опорного напряженж с помощью устройства «добавления — вычитания» (УДВ) импульсов опор ного генератора (ОГ). Структурна; схема подобной ЦФАПЧ показана н; рис. 10.16. Пусть на вход системы по ступает гармонический сигнал, кото рый формирующим устройством (ФУ преобразуется в последовательное™ коротких импульсов с частотой следо вания /о = 1/Т0 (рис. 10.17, а). Для работы ЦФД требуется в общем слу чае четыре входа (входы / — IV) у два выхода (выходы /, //). На вхо; / поступает последовательность сигнальных импульсов, а на входы //, III с выхода делителя частоты (ДЧ) подаются две сдвинутые на 180° относительно друг друга импульсные последовательности типа меандр с частотой /м = /о (рис. 10.17, б, в).
В зависимости от фазового рассогласования сигнальной импульсной
последовательности (вход /) с меандром (входы //, ///) вырабатывается строб ошибки длительностью ТСтР (рис. 10.17, г), который заполняется вспомогательной импульсной последовательностью частоты /в (рис. 10.17, д), когерентной частоте /0 (вход IV). Таким образом, за длительность строба вырабатывается определенное число вспомогательной импульсной последовательности частоты /в, поступающей на выход / ЦФД (рис. 10.17, е). Количество импульсов на выходе / и является кодовой комбинацией, характеризующей фазовое рассогласование входных колебаний.
Отметим, что если импульсы входа / приходятся на положительную полуволну меандра входа //, то кодовая комбинация снимается с выхода /, а на выходе // она отсутствует (рис. 10.17, ж). Если же импульсы входа / приходятся на положительную полуволну меандра входа ///, то кодовая комбинация снимается с выхода //, а на выходе / ее нет.
Число импульсов в кодовой комбинации зависит от соотношения частот /„ и /в, а также от фазового рассог-
ласования ф \п\ в момент времени tn = пТ0 (п — 0, 1. 2, ...) входных сигналов. При равенстве частот импульсных последовательностей /„ = /"„ нормированная характеристика ЦФД/?{ф[«1} является релейной, т. е. двухуровневой: — 1,1 (рис. 10.18, а), а при /п >/„ многоуровневой (рис. 10.18, б).
ЦФНЧ выполняет обычную операцию интегрирующего или пропорционально-интегрирующего звена.
В бесфильтровой системе ЦФАПЧ при условии равенства частот входной и вспомогательной импульсных последовательностей (/„ = /в) на вход УДВ за период регулирования в зависимости от разности фаз сравниваемых сигналов поступает один импульс коррекции — «опережения» (выход /) или «отставания» (выход //). Одновременно на УДВ от опорного генератора подается периодическая последовательность импульсов с частотой for — Dfn (рис. 10.19, а), где D > 1 — коэффициент деления делителя частоты, выбираемый из условия целесообразного дискрета фазовой коррекции. При добавлении
(рис. 10.19, б) или вычитании (рис. 10.19, г) одного импульса коррекции с выходов ЦФД соответственно изменяются длительности импульсов меандра (рис. 10.19, в, д) на величину ±Д7 — Тог. что соответствует фазовому сдвигу сигнала с выхода ДЧ на величину ±Аср = = 2n/D.
В отсутствие импульсов коррекции от ЦФД длительности полуволн меандра одинаковые. Таким образом,
функцию ЦПГ с управляющим з-j ментом выполняют ОГ, УДВ и Д
Если в начале работы ЦФАГ имелась частотная расстройка меж входным сигналом и меандром (/0 Ф /м), то будет наблюдаться нерехг ный процесс, по истечении которс средняя частота меандра станет равн частоте входного сигнала, а их ту венные значения могут отличатьс
Отметим, что существуют разлт ные модификации цифровых и аг лого-цифровых систем ФАПЧ [21
Основы
статистической
теории
радиоприема
и структуры
приемных
устройств