Устройство для частотно-фазовой автоподстройки

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах формирования сетки фиксированных частот с высоким быстродействием . Целью изобретения является повышение быстродействия устройства при переходе с одной частоты на другую . Устройство содержит импульснофазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3, подстраиваемый генератор 4, делители частоты с фиксированным 5 и переменным 6 коэффициентами деления, блок 8 управления, счетчик 9 импульсов, цифроаналоговьй преобразователь 10, управляемый блок 11 нелинейных элементов и ключ 12. Введение новых элементов и связей позволило существенно уменьшить число интервалов регулирования и увеличить быстродействие устройства при условии перехода с одной частоты на другую. 2 з.п. ф-лы. Зил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5Л 4 Н 03 К 7/06, Н 03 L 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ю . 8

4-ч.с. ° . I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

- Ъ

t (21) 4144391/24-21 (22) 10. 11.86 (46) 23. 06 . 88 . Бюл. Ф 23 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) В.Л.Карякин, Ю.И.Алехин и Л.А.Морозова (53) 621.372.632.00 1(088.8) (56) Шапиро Д.Н. и др. Основы теории синтеза частот. M.: Радио и Связь, 1981, с. 171, рис. 7.8.

Карякин В.Л., Другов М.И.Система частотно-фазовой автоподстройки.—

Электросвязь. 1981, В 9, с. 48-51. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНО-ФАЗОВОЙ

АВТОПОДСТРОЙКИ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах формирования сетки фик—

„„SU„„1405107 А1 сированных частот с высоким быстродействием. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства при переходе с одной частоты на другую. Устройство содержит импульснофазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3, подстраиваемый генератор 4, делители частоты с фиксированным 5 и переменным 6 коэффициентами деления, блок 8 управления, счетчик 9 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 10, управляемый блок 11 нелинейных элементов и ключ 12. Введение новых элементов и связей позволило существенно уменьшить число интервалов регулирования и увеличить быстродействие устройства при условии перехода с одной частоты на другую. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1405107

Изобретение относится к импульсной, технике и может быть использовано в устройствах формирования сетки фикси рованных частот с высоким быстродей5

,ствием при переходе с одной частоты (1 на другую.

Цель изобретения — повышение бы стродействия устройства при переходе с одной частоты на другую.

1Î

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для частотно-фазовой автоподстройки, на фиг,2— функциональная схема блока управления," на фиг ° 3 — функциональная схема управляемого блока нелинейных элементов.

Устройство для частотно-фазовой автоподстройки содержит импульсно— фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3, подстраиваемый генератор 4, делитель 5 частоты с фиксированным коэффициентом деления, делитель 6 частоты с переменным коэффициентом деления, цифро вой частотный детектор 7, блок 8 уп равления, счетчик 9 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 10, управ ляемы& блок 11 нелинейных элементов ( и ключ 12. Блок 8 управления содержит генератор 13 одиночного импульса, ге-! ! нератор 14 тактовых импульсов тригЭ rep 15, элемент 16 совпадения, эле, мент 17 запрета и инвертор 18. Управ( .ляемый блок 11 нелинейных элементов содержит ключи 19 и 20, нелинейные элементы 21 и 22, инвертор 23 и сумматор 24.

При этом соединены последовательно шина эталонной частоты, импульсно-фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3 и подстраиваемый генератор 4, выход которого соединен с выходной шиной и через соединенные последовательно дели— тель 5 частоты с фиксированным коэф45 фициентом деления и делитель 6 частоты с переменным коэффициентом деления с вторым входом импульсно-фазового детектора 1, входы которого соединены с входами цифрового частотного де-50 тектора 7, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами блока 11, а третий выход — с входом блока 8 управления, первый выход которого соединен со счетным вхо-55 дом счетчика 9, второй выход — с установочным входом счетчика 9, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя 10, выход которого соединен с информационным входом блока 11, выход которого соединен с входом ключа 12, выход которого соединен с вторым входом управляющего элемента 3, а управляющий вход — с третьим выходом блока 8 управления.

Блок 8 управления содержит триггер 15, установочный вход которого подключен к выходу .генератора 13 одиночного импульса, вход — к входной шине блока 8 и входу элемента 17 запрета, а выход — через элемент 16 совпадений к первой выходной шине блока 8, через инвертор 18 — к второй выходной шине блока 8 и непосредственно к управляющему входу элемента

1 7 запрета, выход которого подключен к третьей выходной шине блока 8, при этом второй вход элемента 16 совпадений соединен с выходом генератора

14 тактовых импульсов. Управляемый блок 11 нелинейных элементов содержит ключи 19 и,20, сигнальные входы которых соединены с информационным входом блока 11, управляющие входы которого подключены к управляющим входам ключей 19 и 20, выходы которых соединены с входами нелинейных элементов 21 и

22, выход элемента 21 через инвертор

23, а выход элемента 22 непосредственно соединены с входами сумматора

24, выход которого подключен к выходной шине блока 11. Нелинейные элементы 21 и 22 могут быть выполнены на основе диодно-резисторных цепей, инвертор 23 и сумматор 24 — на основе операционных усилителей.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии частоты подстраиваемого и эталонного генераторов на входе импульсно-фазового детектора 1 не равны. До момента появления импульсов разностной частоты на третьем выходе цифрового частотного детектора 7 напряжение на первом и втором выходах блока 8 управления соответствует логическому 0" на третьем выходе блока 8 управления — логической "1". Ключ 12 замкнут. Состояние счетчика 9 произвольное и не изменяется благодаря отсутствию на его счетном входе импульсов тактовой частоты.

В момент появления первого импульса разностной частоты напряжение на

1405107 третьем выходе блока 8 управления становится равным нулю. Ключ 12 размыкается. Импульсом с второго выхода блока 8 управления происходит уста5 новка счетчика 9 в нулевое состояние.

Этим обеспечивается нулевое напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 10 и соответственно максимальное по абсолютной величине напря- 10 жение на выходе управляемого блока 11 нелинейных элементов. Управление знаком этого напряжения осуществляется с помощью сигнала на противофазных выходах цифрового частотного детектора 7.

На интервале времени между моментами появления первых двух импульсов разностной частоты на счетный вход счетчика 9 поступают импульсы такто- 2р вой частоты с первого выхода блока 8 управления. Код счетчика 9 и соответственно напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 10 увеличиваются. 25

Благодаря нелинейным характеристикам блоков 21 и 22 в зависимости от знака начальной расстройки напряжение на выходе управляемого блока 11 нелинейных элементов либо уменьшается, зп либо увеличивается до появления второго импульса разностной частоты.

В момент появления второго импульса разностной частоты на третьем выходе цифрового детектора 7 напряжение на первом и втором выходах блока 8 управления становится равным нулю,на третьем выходе блока 8 — логической

"1" ° Счет прекращается. Ключ 12 замыкается, соединяя этим вход управля- 40 ющего элемента 3 с выходом управляемого блока 11 нелинейных элементов, включенного в цифровую ветвь управления частотой подстраиваемого генератора 4. Расстройка, вносимая цифровой ветвью, пропорциональна величине на-.. чальной расстройки частот эталонного и подстраиваемого генераторов. Остальная ошибка регулирования кольца частотной подстройки в момент замыкания ключа 12 близка к нулевой и находится в полосе захвата кольца фазовой автоподстройки.

Таким образом, процесс установления частоты в предлагаемом устройстве заканчивается не более, чем за два периода биений частот эталонного и подстраиваемого генераторов.

Блок 8 управления работает следующим образом.

При включении устройства сигнал с выхода генератора 13 обеспечивает установку триггера 15 E ну евое состояние. Благодаря этому в исходном состоянии напряжение с выхода генератора 14 тактовых импульсов не поступает через элемент 16 совпадения на счетный вход счетчика 9. Логический "0" на входе элемента 17 запрета разрешает прохождение импульсов разностной частоты с выхода цифрового частотного детектора 7. Сигнал на выходе инвертора 18, управляющий работой ключа 12, соответствует логической 1

Первый импульс разностной частоты, пройдя через элемент 17 запрета, обеспечивает установку счетчика 9 в нулевое состояние. Одновременно при действии среза этого импульса триггер

15 переходит из нулевого в единичное состояние. Напряжение на выходе инвертора 18 становится равным нулю.

Благодаря действию "1" на одном из входов элемента 16 совпадения импульсы с выхода генератора 14 поступают: на счетный вход счетчика 9. Напряжение логической "!" на входе элемента 17 запрета блокирует прохождение следующего импульса разностной частоты.

В момент действия среза второго импульса разностной частоты схема возвращается в исходное состояние.

Напряжение на входах элементов совпадения 16 и запрета 17 становится равным нулю, а на выходе инвертора 18 логической "1".

Управляемый блок 11 нелинейных элементов работает следующим образом.

В исходном состоянии в зависимости от знака начальной расстройки генераторов один из ключей 19 и 20 замкнут, другой разомкнут и соответственно нулевое напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя подается на один из нелинейных элементов 21 и 22.

Напряжение на его выходе максимальное. При увеличении выходного напряжения цифроаналогового преобразователя напряжение на выходе нелинейных элементов уменьшается.

Напряжение с выхода нелинейного элемента 22 подается непосредственно на вход сумматора 24, с выхода нелинейного элемента 21 — через инвертор

14051

<7) Воспользовавшись (3)-(7), можно рассчитать нелинейную зависимость раън а() (8) где f — частота -подстраиваемого генератора, 55

1 23, поэтому при увеличений выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 10 напряжение на выходе сум матора 24 либо уменьшается, либо увеличивается в зависимости от знака начальной частотной расстройки эталонного и подстраиваемого генераторов.

Аналитические соотношения, необхо. димые для .расчета характеристики бло- 1g

I ка 11 нелинейных элементов, имеют следующий виц.

Исходные данные: частота эталонно го генератора f номинальная часто( та подстраиваемого генератора верхняя частота подстраиваемого генератора f ; нижняя частота подстраиваемого генератора f„; регулировочная характеристика подстраиваемого генеРатора f = F „(U> ), где f — частота подстраиваемого генератора, U — на. пряжение на управляющем элементе подстраиваемого генератора.

В соответствии с основными этапами расчета характеристики блока не- 25 ! линейных элементов имеем:

Максимальный (И ), минимальный (Ин)

| и номинальный (NÄ ) коэффициенты деления делителя с переменным коэффи-!

; циентом деления равны 30

Ь вЂ” f II / Гэг, 1 н — Г и Г Гэг

Полагаем, что верхняя и нижняя частоты подстраиваемого генератора симметричны относительно номинальной

35 частоты ном = Hoì — Н

Учитывая (1) и (2), находим выражение для разностных частот, измеряемых цифровым частотным детектором вражин эг ном 1е (3)

Для определения разностных частот, соответствующих промежуточным значениям коэффициента деления N, можно воспользоваться формулами раэн < э нм!N + 1н м

Частоты подстраиваемого генератора f, соответствующие дискретным значениям коэффициента деления N, находятся с помощью соотношения эг 1 1 °

07 6

Г „ — разностная частота эталонного и подстраиваемого генераторов.

Учитывая, что в устройстве измеряется период разностной частоты Т вЂ” 1/Еьа н, получаем зависимость т = F,(f). (9)

Воспользовавшись зависимостью (9), а также учитывая, что в устройстве напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя (U„ä,„.) пропорционально периоду разностной частоты, имеем

П u,An = () ° ("0)

Построение характеристики F (U д„) управляемого блока 11 нелинейных элементов производится путем построения характеристик для каждого из нелинейньгх элементов 21 и 22 с учетом инвертора 23 по известной регулировочной характеристике подстраиваемого rенератора f = Гг(U> ) и характеристике (10) таким образом, чтобы обеспечитн для каждой из возможных частот подстраиваемого генератора в диапазоне от Йе до Гн следующие соотношения

- ПцAn ° Fg Пуэ ном U gg f II — f ном э

ПцАп 6 П уэ ном + Пуэ н ном ° где F ««II )

F (Пцд „) — характеристики блоков нелинейньгх элементов

21 и 22, U „„„— напряжение на управляющем элементе, соответствующее номинальной частоте подстраиваемого генератора.

Тогда характеристика управляемого блока 11 нелинейных элементов имеет следующий вид

5(UöAn) ° ь номэ

,(U,„„) = (11)

fII& f < ном °

Графическое задание нелинейной функции (11) позволяет воспользоваться методом кусочно-линейной аппроксимации при практической реализации блока нелинейных элементов. Технически кусочно-линейная аппроксимация осуществляется при помощи цепей, состоящих из нескольких диодно-резисторных звеньев. Характеристика каждого звена представляется ломаной линией с одним изломом. Звено состоит из одного несимметричного нелинейного элемента — вентиля и источника опорной

ЭДС. Когда входное напряжение становится больше или меньше соответствующей опорной величины, через вентиль

14051 возникает или исчезает ток и соответственно меняется наклон рабочей части характеристики.

Таким образом, введение новых эле— ментов и связей в устройство для частотно-фазовой автоподстройки существенно уменьшило число интервалов регулирования, каждый из которых равен периоду биений эталонного и подстраи- 1О ваемого генераторов, что позволило увеличить быстродействие устройств формирования стабильной сетки опорных частот при условии перехода с одной частоты на другую. 15

Формул а изобретения

1. Устройство для частотно-фазовой автоподстройки, содержащее соединенные последовательно шину эталонной частоты, импульсно-фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляющий

=элемент и подстраиваемый генератор, выход которого соединен с выходной 25 шиной и через соединенные последовательно делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и делитель частоты с переменным коэффициентом деления — с вторым входом импульсно- д0 фазового детектора, входы которого с соединены с входами цифрового частотного детектора, а также соединенные последовательно счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены блок управления и соединенные последовательно управляемый блок нелинейных элементов и . ключ, причем первые два выхода цифрового частотного детектора подключены к управляющим входам управляемого блока нелинейных элементов, информационный вход которого соединен с вы07 8 ходом цифроаналогового преобразова— теля, а третий выход цифрового частотного детектора соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, второй выход — с установочным входом счетчика импульсов, а третий выход — с управляющим входом ключа, выход которого соединен с вторым входом управляющего элемента.

2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управления содержит триггер, установочный вход которого подключен к выходу генератора одиночного импульса, вход— к входной шине блока управления и входу элемента запрета, а выход через элемент совпадения — к первой выходной шине блока управления, через инвертор — к второй выходной шине блока уйравления и непосредственно к управляющему входу элемента запрета, выход которого подключен к третьей выходной шине блока управления, при этом второй вход элемента совпадения соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что управляемый блок нелинейных элементов содержит два ключа, сигнальные входы которых соединены с информационным входом управляемого блока нелинейных элементов, управляющие входы которого подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответст" венно., выходы которых соединены с входами первого и второго нелинейных элементов, выходы которых (первого— через инвертор, а второго непосредственно) соединены с входами сумматора, выход которого подключен к выходной шине управляемого блока нелинейных элементов. 1405107

ФИВ. 3

Составитель Е.Борзов

Техред А.Кравчук Корректор О. Кравцова . Е.:, Редактор E.Äàíêo

Заказ 3110/56 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4