Главная | Обратная связь

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 ƒ_з.пер и частоты считывания в приемном устройстве ƒ_сч.пр, т. е.

где - полоса пропускания ФНЧ. В аппаратуре формирования, например, потока Е2 𝜟ƒ_з.пер= 𝜟ƒ_сч.пр = 60 Гц, следовательно 𝜟F_ФНЧ = 120 Гц.

Составляющие сигнала с выхода ВД, попадающие в полосу частот 𝜟F_ФНЧ, проходят на вход ГУН, что приводит к временным флуктуациям передаваемого цифрового потока. Системы с односторонним согласованием скоростей характеризуются большими значениями частоты согласования скоростей ƒ_с. 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 ƒ_с и частоты команд согласования скоростей ƒ_ск, а следовательно достаточно существенными.

Системы с двусторонним согласованием скоростей характеризуются малыми значениями ƒ_с. 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 ƒ_с и частоты команд согласования скоростей ƒ_ск 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 𝜟F_п определяет границу частот в спектре сигнала на выходе ВД, ниже которой компенсация не производится. Выбрать 𝜟F_п сколь угодно малой нельзя, поскольку при этом из сигнала управления будут вычитаться и высокочастотные составляющие, определяемые нестабильностями частот записи в передающем и приемном устройствах. Следовательно, необходимо, чтобы 𝜟F_п> 𝜟ƒ_з.пер+𝜟ƒ_сч.пр.

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 𝜟T_пр на величину, значительно меньшую периода считывания T_сч. В приемном устройстве в соответствии с данной информацией в цепи передачи сигнала записи вводится или выводится (в зависимости от знака изменения ВИ) задержка, равная 𝜟T_пр. В результате ВИ между последовательностями записи и считывания в приемном устройстве не превосходят 𝜟T_пр, 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 скорос-

 

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, И₃ и И₄.

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 T_сч, и на выходах логических элементов И₃ и И₄ вырабатывается нулевой сигнал. При изменении ВИ (в сторону увеличения или уменьшения) на величину 0,125T_сч на выходе соответствующего логического элемента (И₃ или И₄) вырабатывается сигнал, свидетельствующий о достижении ВИ первого промежуточного значения (T_сч ±𝜟T_сч) 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 (T_сч ± 2𝜟T_сч), 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) увеличение или уменьшение (в зависимости от знака согласования скоростей) компенсирующего напряжения (рис. 3.27,б).

Компенсирующий сигнал, вырабатываемый цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП), вычитается из сигнала с выхода ВД, в результате чего на выходе ФНЧ формируется сигнал, управляющий работой ГУН. Естественно, что период следования промежуточных значений T_пр не может быть меньше максимального изменения ВИ между сигналами записи и считывания за период передачи команд о достижении промежуточных значений Т_пр.

 

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.