Схема и способ фазовой синхронизации для системы фазовой автоподстройки частоты

 

Предложены схема и способ фазовой синхронизации для системы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ). Разделенный сигнал опорной частоты и сигнал обратной связи удерживаются в заданном состоянии. Разделенный сигнал опорной частоты включается в зависимости от фазы сигнала опорной частоты. Определяется фазовое соотношение между сигналом опорной частоты и сигналом выходной частоты. Сигнал обратной связи включается в ответ на включение сигнала разделенной опорной частоты и определенное фазовое соотношение. Технический результат заключается в том, что обеспечивается быстрая и точная фазовая синхронизация для системы ФАПЧ при минимуме дополнительных аппаратных средств и без внесения фазовой ошибки в систему ФАПЧ. 2с. и 5 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к приемопередатчикам систем радиосвязи, в частности к схеме и способу фазовой синхронизации для системы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) в радиосвязном приемопередатчике.

На фиг. 1 изображена в качестве примера блок-схема традиционного радиосвязного приемопередатчика 100 (ниже именуемого как "приемопередатчик"). Приемопередатчик 100 позволяет мобильному или переносному абонентскому устройству связываться с базовой станцией (не показана), например, по радиочастотным каналам системы радиосвязи (не показана). После этого базовая станция обеспечивает связь с кабельной телефонной системой (не показана) и другими абонентскими устройствами. Примером абонентского устройства, содержащего приемопередатчик 100, является сотовый радиотелефон.

Приемопередатчик 100, изображенный на фиг. 1, содержит антенну 101, дуплексный фильтр 102, приемное устройство 103, передающее устройство 105, источник сигнала опорной частоты 107, синтезатор частоты с системой ФАПЧ 108 приемника, синтезатор частоты с системой ФАПЧ 109 передатчика, процессор 110, источник данных 106 и приемник данных 104.

Ниже описана взаимосвязь блоков приемопередатчика 100 и их работа. Антенна 101 принимает радиосигнал 119 от базовой станции, который фильтруется дуплексным фильтром 102, чтобы сформировать принятый радиосигнал в линии 111. Дуплексный фильтр 102 обеспечивает избирательность по частоте, разделяя принятый радиосигнал в линии 111 и передаваемый радиосигнал в линии 113. Приемник 103 получает принятый радиосигнал по линии 111 и формирует принятый сигнал базовой полосы в линии 112 для приемника данных 104. Источник сигнала опорной частоты 107 выдает сигнал опорной частоты в линию 115. Синтезатор частоты с системой ФАПЧ 108 приемника принимает сигнал опорной частоты по линии 115 и данные по информационной шине 118 и вырабатывает сигнал настройки приемника, выдаваемый в линию 116, обеспечивающий настройку приемника 103 на конкретный радиочастотный канал. Аналогично синтезатор частоты с системой ФАПЧ 109 передатчика принимает сигнал опорной частоты по линии 115 и данные по информационной шине 118 и вырабатывает сигнал настройки передатчика, поступающий в линию 117 и обеспечивающий настройку передатчика 105 на конкретный радиочастотный канал. Процессор 110 управляет работой синтезатора частоты с системой ФАПЧ 108 приемника, синтезатора частоты с системой ФАПЧ 109 передатчика, приемника 103 и передатчика 105 посредством информационной шины 118. Источник 106 вырабатывает сигнал базовой полосы передачи, поступающий в линию 114. Передатчик 105 принимает сигнал базовой полосы передачи по линии 114 и вырабатывает радиочастотный передаваемый сигнал в линии 113. Дуплексный фильтр 102 отфильтровывает передаваемый радиочастотный сигнал, поступающий по линии 113, для излучения антенной 101 в качестве радиочастотного сигнала 120.

Радиочастотные каналы в сотовой радиотелефонной системе включают в себя каналы речевых сигналов и каналы сигнализации для передачи и приема (далее "приемопередачи") информации между базовой станцией и абонентскими устройствами. Каналы речевых сигналов предназначены для приемопередачи речевой информации. Каналы сигнализации, далее именуемые как каналы управления, предназначены для приемопередачи данных и информации сигнализации. Именно через эти каналы сигнализации абонентские устройства получают доступ к сотовой радиотелефонной системе и им выделяется канал речевых сигналов для дальнейшей связи с кабельной телефонной системой. В сотовой радиотелефонной системе, способной принимать и передавать данные в широком диапазоне частот по каналам сигнализации, разнос частот каналов сигнализации может быть кратным разносу частот каналов речевых сигналов.

В некоторых сотовых радиотелефонных системах приемопередатчик 100 и базовая станция принимают информацию и передают ее между собой по каналу сигнализации прерывистым образом. В одной из таких систем, например, осуществляется передача сигналов с чередованием для синхронизации прерывистой информации. В такой системе удерживание приемопередатчика 100 под полным питанием в течение всего времени, когда он настроен на канал сигнализации, приводит к непроизводительному расходу ресурса батарей питания приемопередатчика в то время, когда информация не принимается. Следовательно, когда приемопередатчик не принимает и не передает информацию, с части элементов приемопередатчика 100 можно снять питание, чтобы продлить срок службы батарей питания. Кроме того, если качество сигнала достаточно хорошее, так что не требуется последующее повторение одной и той же информации, с части элементов приемопередатчика 100 также можно снять питание, чтобы продлить срок службы батарей питания. Прерывистые подача и снятие питания, т.е. включение и выключение приемопередатчика 100, во время приема называется режимом прерывистого приема (DRX). В режиме DRX быстрое включение и выключение участков приемопередатчика 100 повышает экономичность работы батарей.

На фиг. 2 в качестве примера показана блок-схема традиционного синтезатора частоты с системой ФАПЧ для использования в приемопередатчике 100 по фиг . 1. Общая конструкция синтезатора частоты с системой ФАПЧ на фиг. 2 одинакова для синтезатора частоты с системой ФАПЧ 108 приемника и синтезатора частоты с системой ФАПЧ 109 передатчика.

Синтезатор частоты с системой ФАПЧ 108 или 109, изображенный на фиг. 2, содержит делитель опорной частоты 201 и систему ФАПЧ 212. Система ФАПЧ 212, как правило, содержит фазовый детектор 202, фильтр петли ФАПЧ 203, генератор 204, управляемый напряжением, и делитель частоты системы 205. Делитель опорной частоты 201 получает сигнал опорной частоты по линии 115.

Ниже описано взаимодействие блоков синтезатора частоты с системой ФАПЧ 108 или 109, изображенного на фиг. 2. Делитель опорной частоты 210 принимает опорный сигнал по линии 115, информацию по информационной шине 118 и формирует сигнал разделенной опорной частоты в линии 206. Фазовый детектор 202 принимает сигнал разделенной опорной частоты по линии 206 и сигнал обратной связи по линии 209 и вырабатывает сигнал фазовой ошибки в линии 207. Фильтр петли 203 принимает сигнал фазовой ошибки 207 и вырабатывает отфильтрованный сигнал в линии 208. Генератор 204, управляемый напряжением, принимает отфильтрованный сигнал по линии 208 и вырабатывает сигнал выходной частоты в линии 116 или 117. Делитель частоты системы 205 принимает сигнал выходной частоты по линии 116 или 177 и вырабатывает сигнал обратной связи в линии 209. Делитель частоты системы 205 и делитель опорной частоты 201 принимают программирующие данные по информационной шине 118.

Синтезатор частоты с системой ФАПЧ 108 или 109, изображенный на фиг. 2, работает следующим образом. Система ФАПЧ 212 - это схема, которая вырабатывает сигнал выходной частоты в линии 116 или 117, синхронизированный с сигналом опорной частоты в линии 115. Сигнал выходной частоты в линии 116 иди 117 синхронизируется или "автоподстраивается" к сигналу опорной частоты в линии 115, когда частота сигнала выходной частоты в линии 116 или 117 находится в заранее установленном частотном соотношении с частотой сигнала опорной частоты в линии 115. В фиксированном состоянии система ФАПЧ обычно обеспечивает постоянную разность фаз между сигналом опорной частоты в линии 115 и сигналом выходной частоты в линии 116 или 117. Постоянная разность фаз может иметь разную величину, включая нулевую. Если возникает отклонение от требуемой разности фаз таких сигналов, т.е. если в линии 207 возникает фазовая ошибка в результате, например, изменения либо частоты сигнала опорной частоты в линии 115, либо программируемых параметров системы ФАПЧ, поступающих через информационную шину 118, система ФАПЧ регулирует частоту сигнала выходной частоты в линии 116 или 117, чтобы привести фазовую ошибку в линии 207 к величине постоянной разности фаз.

Синтезатор частоты с системой ФАПЧ 108 или 109 можно отнести по меньшей мере к одной из двух категорий, основанных на заданном частотном соотношении между частотой выходного сигнала в линии 116 или 117 и частотой сигнала опорной частоты в линии 115. Первую категорию определяют как синтезатор частоты с системой ФАПЧ с делением на целое число, в котором зависимость между сигналом выходной частоты в линии 116 или 117 и сигналом опорной частоты в линии 115 выражается целым числом. Вторую категорию классифицируют как синтезатор частоты с системой ФАПЧ с делением на дробное число, в котором соотношение между сигналом выходной частоты в линии 116 или 117 и сигналом опорной частоты в линии 115 выражается рациональным нецелым числом, состоящим из целого числа и дроби.

Системы ФАПЧ характеризуются шириной полосы частот петли ФАПЧ. Для некоторых применений желательно изменять ширину полосы частот петли ФАПЧ при определенных условиях, например, когда изменяется частота сигнала опорной частоты в линии 115, или когда изменяются программируемые параметры системы ФАПЧ, поступающие по информационной шине 118. Соответствующее изменение ширины полосы частот петли ФАПЧ обеспечивает более быстрый захват частоты, улучшает шумовую характеристику и снижает паразитные сигналы.

Существует проблема, вызываемая сдвигом фазы, когда синтезатор частоты с системой ФАПЧ используется в режиме DRX. Поскольку система ФАПЧ не активна во время выключенной части режима DRX, фаза генератора, управляемого напряжением, (ГУН) может сдвигаться относительно фазы источника сигнала опорной частоты. Когда система ФАПЧ вновь включается, этот сдвиг фазы будет преобразовываться за счет действия системы ФАПЧ в изменение частоты ГУН, обеспечивая необходимую регулировку фазы. Системе ФАПЧ требуется дополнительное время на захват частоты, поскольку эта наведенная ошибка частоты должна также быть окончательно ликвидирована действием системы ФАПЧ перед тем, как произойдет автоподстройка частоты. Если система ФАПЧ не произведет автоподстройки частоты, приемопередатчик не сможет принять данные. Чтобы гарантировать, что система ФАПЧ произведет автоподстройку частоты ко времени представления данных, приемопередатчик должен обеспечить системе ФАПЧ дополнительное время для автоподстройки частоты посредством раннего включения системы ФАПЧ.

Однако в этом случае система ФАПЧ должна быть включена и поэтому потреблять энергию, сокращая срок службы батарей питания до того, как какие-либо данные будут представлены для приема.

Одно из традиционных решений этой проблемы состоит в сведении к минимуму сдвига фазы посредством использования двух систем ФАПЧ. После включения основных функциональных блоков системы ФАПЧ, но прежде, чем замкнется контур в основной системе ФАПЧ, активизируется вторичная система ФАПЧ, которая производит автоподстройку частоты источника сигнала опорной частоты к ГУН основной системы ФАПЧ. Когда источник опорной частоты автоподстроился к ГУН основной системы ФАПЧ, вторичная система ФАПЧ отключается и контур в основной системе ФАПЧ замыкается. Такое устройство действительно обеспечивает быструю автоподстройку частоты для основной системы ФАПЧ, однако его недостаток состоит в том, что требуются значительные дополнительные аппаратные средства для того, чтобы вторичная система ФАПЧ производила фазовую автоматическую подстройку частоты источника сигнала опорной частоты к ГУН основной системы ФАПЧ. Кроме того, фазовые характеристики обеих систем должны быть идентичны, или же фазовая ошибка может все-таки иметь место в основной системе ФАПЧ в то время, когда ее контур замкнут.

Другое известное решение состоит в изменении значения делителя частоты системы в его первом полном цикле деления после того, как он был повторно включен. Второй и последующий циклы деления используют номинальное значение деления. Недостаток этого решения состоит в том, что требуется независимый процессор обратной связи, чтобы регулировать значение делителя частоты в первом цикле по мере изменения окружающих условий, поскольку одно значение не может быть оптимальным для всех условий питания и температуры.

Еще одно известное решение заключается в восстановлении состояния делителя опорной частоты и делителя частоты системы после того, как они были вновь включены, но до замыкания контура в системе ФАПЧ. Недостаток этого решения заключается в том, что оно не обеспечивает точной коррекции сдвига фазы ГУН относительно источника сигнала опорной частоты, когда система ФАПЧ выключилась. Следовательно, системе ФАПЧ требуется дополнительное время на автоподстройку частоты из-за неточной коррекции фазы.

Еще одно известное решение состоит в использовании выходного сигнала фазового детектора для индикации фазовой ошибки системы ФАПЧ, когда система ФАПЧ выключена, но до замыкания контура в системе ФАПЧ. Контур в системе ФАПЧ типично замыкается переключателем, установленным между фазовым детектором и фильтром системы. Индикация фазовой ошибки используется, чтобы пропускать синхросигналы к делителю опорной частоты и делителю переменной частоты (системы) для первоначальной фазовой автоматической подстройки частоты ФАПЧ. Однако недостаток этого решения состоит в продолжительности времени, необходимого для первоначальной фазовой регулировки синхросигналов делителя опорной частоты и делителя переменной частоты (системы). Еще один недостаток этого решения заключается в том, что после завершения первоначальной фазовой регулировки в систему ФАПЧ вносится фазовая ошибка, если контур в системе ФАПЧ замыкается посредством переключателя.

Следовательно, существует необходимость в усовершенствованной схеме и способе фазовой синхронизации для системы ФАПЧ, которые обеспечивают быструю и точную регулировку фазы для системы ФАПЧ минимальными аппаратными средствами и при минимальном внесении фазовой ошибки в систему ФАПЧ.

Фиг. 1 - блок-схема известного из уровня техники приемопередатчика системы радиосвязи.

Фиг. 2 - блок-схема известного синтезатора частоты с системой ФАПЧ для использования в радиосвязном приемопередатчике по фиг. 1.

Фиг. 3 - блок-схема синтезатора частоты с системой ФАПЧ для использования в радиосвязном приемопередатчике по фиг. 1, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 4 - временная диаграмма, иллюстрирующая цифровые сигналы в схеме фазовой синхронизации синтезатора частоты с системой ФАПЧ, изображенного на фиг. 3, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5 - последовательность операций синхронизации для синтезатора частоты с системой ФАПЧ, изображенного на фиг. 3, согласно настоящему изобретению.

Фиг. 6 - реализация схемы фазовой синхронизации в синтезаторе частоты с системой ФАПЧ, изображенном на фиг. 3, согласно настоящему изобретению.

Согласно настоящему изобретению упомянутая выше задача решается за счет усовершенствованных схемы и способа фазовой синхронизации для системы фазовой автоматической подстройки частоты. Сигнал разделенной опорной частоты и сигнал обратной связи удерживаются в заданном состоянии. Сигнал разделенной опорной частоты включается в зависимости от фазы сигнала опорной частоты. Определяется фазовое соотношение между сигналом опорной частоты и сигналом выходной частоты. Сигнал обратной связи включается в ответ на включение сигнала разделенной опорной частоты и определенное фазовое соотношение. Настоящее изобретение обеспечивает быструю и точную фазовую синхронизацию для системы ФАПЧ (300) при минимуме дополнительных аппаратных средств и без внесения фазовой ошибки в систему ФАПЧ.

Настоящее изобретение можно более полно описать со ссылкой на фиг. 3 - 6, где фиг. 3 содержит блок-схему синтезатора частоты с системой для использования в радиосвязном приемопередатчике по фиг. 1 согласно настоящему изобретению. Система ФАПЧ 300 на фиг. 3 имеет практически такую же конструкцию и работает так же, как известная система ФАПЧ 212, за исключением нового элемента 301 и связанного с ним способа. Следовательно, в предпочтительном варианте настоящего изобретения предложенная система ФАПЧ 300 заменяет известную систему ФАПЧ 212 для использования в синтезаторе частоты с системой ЧАПЧ 108 приемника или в синтезаторе частоты с системой ФАПЧ 109 передатчика в приемопередатчике 100 по фиг. 1. Специалисты в области систем ФАПЧ могут найти другие применения для предложенной системы ФАПЧ 300 как в области радиосвязи, так и вне ее.

Предлагаемая схема системы ФАПЧ 300 содержит фазовый детектор 202, фильтр петли ФАПЧ 203, генератор, управляемый напряжением, (ГУН) 204, делитель частоты системы 205 и новую схему фазовой синхронизации 301. Фазовый детектор 202, фильтр системы 203, ГУН 204 и делитель частоты системы 205, как таковые, известны специалистам и не требуют дополнительных разъяснений за исключением необходимых для понимания изобретения. Предлагаемая схема фазовой синхронизации 301 будет описана и со ссылкой на фиг. 3 - 6 в соответствии с настоящим изобретением.

Предложенная система ФАПЧ 300, за исключением предложенной схемы фазовой синхронизации 301, может быть реализована, например, при использовании синтезатора частоты с системой ФАПЧ фирмы Моторола серии МС145170 и генератора, управляемого напряжением, фирмы Моторола серии МС1648. Фильтр системы 205 может быть реализован, например, со стандартными резисторами и конденсаторами в соответствии с известными конструктивными выполнениями фильтра.

Предложенная система ФАПЧ 300 работает следующим образом. Система ФАПЧ 300 вырабатывает сигнал выходной частоты 116 или 117 в ответ на сигнал опорной частоты 115. Сигнал выходной частоты 116 или 117 и сигнал опорной частоты 115 характеризуются частотой и фазой. Сигнал выходной частоты 116 или 117 имеют более высокую частоту, чем сигнал опорной частоты 115. Частота сигнала опорной частоты 115 делится, чтобы сформировать сигнал разделенной опорной частоты 206, и частота сигнала выходной частоты 116 или 117 делится, чтобы сформировать сигнал обратной связи 209. Фазовая ошибка отражает разность между фазой сигнала опорной частоты 115 и фазой сигнала выходной частоты 116 или 117. Система ФАПЧ уменьшает фазовую ошибку в ответ на периодическую индикацию фазовой ошибки 207. Система ФАПЧ 300 имеет первое и второе состояния в зависимости от сигнала запроса 302. Возникновение сигнала запроса 302 не синхронизировано во времени с периодической индикацией фазовой ошибки 207.

Индикация фазовой ошибки отражает разность между фазой сигнала опорной частоты 115 и фазой сигнала выходной частоты 116 или 117. Индикация фазовой ошибки 207 может быть обеспечена фазовым детектором 202 и может иметь форму цифрового сигнала, имеющего регулируемую ширину импульса.

Периодическая индикация фазовой ошибки 207 происходит в среднем с той же скоростью, что и сигнал разделенной опорной частоты 206. Когда индикация фазовой ошибки 207 находится в активном состоянии, информация о фазовой ошибке передается на фильтр петли 203.

В предпочтительном варианте первое и второе состояния системы ФАПЧ 300 представляют собой включенное и выключенное состояния системы ФАПЧ 300, соответственно. В предпочтительном варианте сигнал запроса 302 вырабатывается процессором 110, чтобы показать требуемое состояние системы ФАПЧ для работы приемопередатчика 100. Сигнал запроса 302 может появиться в любое время работы системы ФАПЧ 300, включая тот период, когда индикация фазовой ошибки 207 находится в активном состоянии.

Предложенная схема фазовой синхронизации 301 и традиционный контур системы ФАПЧ 212, образующие новую систему ФАПЧ 300, взаимодействуют следующим образом. Схема фазовой синхронизации 301 принимает сигнал разделенной опорной частоты по линии 206, сигнал обратной связи по линии 209, сигнал выходной частоты по линии 116 или 117, сигнал опорной частоты по линии 115, индикацию сигнала фазовой ошибки по линии 207 и сигнал запроса по линии 302. Предложенная схема фазовой синхронизации 301 вырабатывает сигнал управления состоянием системы ФАПЧ в линии 309, синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты в линии 303 и синхронизированный сигнал обратной связи в линии 304.

Схема фазовой синхронизации 301 также содержит схему управления состоянием системы ФАПЧ 305, детектор сигналов 307, схему управления синхронизацией 308, логическую схему 316 и схему восстановления (сброса) 306. Сами по себе схема управления состоянием системы ФАПЧ 305, детектор сигналов 307, схема управления синхронизацией 308, логическая схема 316 и схема восстановления 306 хорошо известны и поэтому не требуется их дополнительное описание, за исключением того, что необходимо для понимания настоящего изобретения. Комбинация схемы управления состоянием системы ФАПЧ 305, детектора сигналов 307, схемы управления синхронизацией 308, логической схемы 316 и схемы восстановления 306 является новой, характеризует собой настоящее изобретение и будет более подробно описана ниже.

Схема управления состоянием системы ФАПЧ 305, детектор сигналов 307, схема управления синхронизацией 308, логическая схема 316 и схема восстановления 306 могут быть реализованы, например, при использовании стандартных логических элементов. Такими логическими элементами могут быть, например, логические элементы НЕ-И серии Моторола МС74НС00, логические элементы ИЛИ-НЕ серии Моторола МС74НС02 и D-триггеры серии Моторола МС74НС74, имеющие традиционное логическое конструктивное выполнение. На фиг. 6 в качестве примера показана реализация схемы фазовой синхронизации 301 в системе ФАПЧ 300, изображенной на фиг. 3, согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения.

Блоки предложенной схемы фазовой синхронизации 301 взаимодействуют следующим образом. Схема управления состоянием системы ФАПЧ 305 принимает сигнал запроса 302, индикацию фазовой ошибки 207 и первый сигнал восстановления (сброса) 311 и выдает сигнал установки 310 и сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309. Сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309 управляет первым и вторым состояниями системы ФАПЧ.

Детектор сигнала 307 принимает сигнал запроса 302, сигнал выходной частоты 116 или 117, сигнал опорной частоты 115 и сигнал установки 310 и вырабатывает второй и третий сигналы восстановления (сброса) 314 и 315 соответственно. Сигнал установки 310 подготавливает детектор сигналов 307 к обнаружению первого состояния сигнала запроса 302. Схема управления синхронизацией 308 принимает второй и третий сигналы восстановления 314 и 315, соответственно, и сигнал установки 310 и вырабатывает первый и второй хронирующие сигналы 312 и 313, соответственно. Сигнал установки 310 удерживает первый и второй хронирующие сигналы 312 и 313 в соответствующем предварительно определенном состоянии, а второй и третий сигналы восстановления 314 и 315 сбрасывают соответствующие предварительно определенные состояния первого и второго хронирующих сигналов 312 и 313.

Схема восстановления 306 принимает сигнал запроса 302 и первый и второй хронирующие сигналы 312 и 313 и вырабатывает первый сигнал восстановления 311. Первый сигнал восстановления 311 подготавливает схему управления состоянием системы ФАПЧ 305 к обнаружению второго состояния сигнала запроса 302.

Логическая схема 316 принимает первый и второй хронирующие сигналы 312 и 313, сигнал разделенной опорной частоты 206, сигнал обратной связи 209 и вырабатывает синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты 303 и синхронизированный сигнал обратной связи 304. Первый хронирующий сигнал 312 и сигнал разделенной опорной частоты 206 объединяются, образуя синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты 303. Второй хронирующий сигнал 313 и сигнал обратной связи 209 объединяются, образуя синхронизированный сигнал обратной связи 304.

Предложенная схема фазовой синхронизации 301 работает следующим образом. Согласно настоящему изобретению, схема управления состоянием системы ФАПЧ 305, логическая схема 316, схема восстановления 306 и реализованный на их основе способ обеспечивают управление состоянием системы ФАПЧ и удерживают сигнал разделенной опорной частоты 206 и сигнал обратной связи 209 в заданном состоянии. Схема управления синхронизацией 308, детектор сигналов 307, логическая схема 316 и реализованный на их основе способ обеспечивают управление синхронизацией для сигнала разделенной опорной частоты 206. Детектор сигнала 307 определяет относительную фазу сигнала опорной частоты 115 и сигнала выходной частоты 116 и 117. Схема управления синхронизацией 308, детектор сигналов 307, логическая схема 316 обеспечивают управление синхронизацией для сигнала обратной связи 209. Более детальное описание работы предложенной схемы фазовой синхронизации 301 приводится ниже со ссылкой на фиг. 4 и 5.

Предложенная схема фазовой синхронизации 301 обеспечивает сведение к минимуму фазовой ошибки, вносимой в систему ФАПЧ при переключении между первым и вторым состояниями. Предлагаемая схема фазовой синхронизации 301 обеспечивает синхронизацию фазы сигнала разделенной опорной частоты 206 и сигнала обратной связи таким образом, что время, необходимое системе ФАПЧ 300 для достижения фиксированного состояния сводится к минимуму после переключения системы ФАПЧ 300 из второго в первое состояние.

Схема фазовой синхронизации 301 согласно настоящему изобретению сводит к минимуму фазовую ошибку, вносимую в систему ФАПЧ, за счет ликвидации традиционного переключателя между фазовым детектором и фильтром петли ФАПЧ, а также за счет использования схемы управления состоянием системы ФАПЧ 305, которая регулирует синхронизацию перехода между состояниями системы ФАПЧ. Кроме того, предложенная схема фазовой синхронизации 301 сокращает до минимума время, необходимое системе ФАПЧ 300 для достижения фиксированного состояния, за счет регулировки первоначальных фаз сигнала разделенной опорной частоты 206 и сигнала обратной связи 209 таким образом, чтобы можно было точно измерить фазовую ошибку, когда система ФАПЧ 300 работает в первом состоянии. Регулировка первоначальных фаз воссоздает последовательность операций, следующую за нормальным поведением сигнала разделенной опорной частоты 206 и сигнала обратной связи 209, когда система ФАПЧ 300 находится в фиксированном состоянии.

В рамках данного изобретения могут также быть реализованы альтернативные взаимосвязи между предложенной схемой фазовой синхронизации 301 и традиционной системой ФАПЧ 212, которые образуют новую систему ФАПЧ 300. Схема управления состоянием системы ФАПЧ 305 может альтернативно принимать сигнал разделенной опорной частоты 206 и сигнал обратной связи 209 вместо индикации фазовой ошибки 207, образуя другую форму индикации фазовой ошибки. Сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309 может альтернативно передаваться на другие элементы системы ФАПЧ 300, чтобы управлять системой ФАПЧ 300 в соответствии с известными способами. Например, сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309 может также управлять предварительным пересчетным устройством (не показано).

Система ФАПЧ 300, изображенная на фиг. 3, может также содержать генератор накачки зарядов и средство предварительного масштабирования (не показаны), как это известно в данной области. Предварительное масштабирующее средство может использоваться между ГУН 204 и делителем частоты системы 205 в цепи обратной связи на линии 116 или 117, чтобы позволить делителю частоты системы 205 принимать более высокие входные частоты от ГУН 204. Генератор накачки зарядов может использоваться на выходе фазового детектора 202, чтобы обеспечить высокое усиление постоянного тока для системы ФАПЧ 308.

Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения состояние системы ФАПЧ регулируется схемой управления состоянием системы ФАПЧ 305, логической схемой 316 и схемой восстановления 306. Сигнал установки 310 подготавливает детектор сигналов 307 и схему управления синхронизацией 308 к дальнейшему действию, когда сигнал запроса изменяет состояние. Кроме того, первый сигнал восстановления 311 и сигнал установки 310 передают рабочее состояние элементов в схеме фазовой синхронизации 301. Рабочее состояние элементов в схеме фазовой синхронизации 301 и индикация фазовой ошибки 207 обеспечивают синхронизирующее управление сигналом управления состоянием системы ФАПЧ 309, позволяя системе ФАПЧ 300 переключаться между первым и вторым состояниями без внесения фазовых ошибок в систему ФАПЧ 300.

Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения, определение и регулировка относительной фазы сигнала опорной частоты 115 и сигнала выходной частоты 116 или 117 осуществляются очень быстро детектором сигналов 307, схемой управления синхронизацией 308 и логической схемой 316. После обнаружения сигнала опорной частоты 115 и сигнала выходной частоты 116 или 117, детектор сигналов 307 воспринимает фазу сигнала опорной частоты и определяет относительную фазу сигнала опорной частоты 115 и сигнала выходной частоты 116 или 117 в течение полупериода сигнала выходной частоты 116 или 117. Делитель частоты системы 205 и делитель опорной частоты 201 включаются в течение одного периода сигнала опорной частоты 115 после определения относительной фазы. Следующее преимущество состоит в том, что второй и третий сигналы восстановления 314 и 315 точно устанавливают первоначальные фазы синхронизированного сигнала разделенной опорной частоты 303 и синхронизированного сигнала обратной связи 304, соответственно, в схеме управления синхронизацией 308, вырабатывая точную индикацию фазовой ошибки в последующей работе системы ФАПЧ.

Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения управление синхронизацией синхронизированного сигнала разделенной опорной частоты 303 и синхронизированным сигналом обратной связи 304 обеспечивается схемой управления синхронизацией 308. Первый хронирующий сигнал 312 устанавливается сигналом установки 310 и возвращается в исходное состояние вторым сигналом восстановления 314. Второй хронирующий сигнал 313 устанавливается сигналом установки 310 и возвращается в исходное состояние третьим сигналом восстановления 315. Схема управления синхронизацией 308 сохраняет разделение фазовой информации для синхронизированного сигнала разделенной опорной частоты 303 и синхронизированного сигнала обратной связи 304.

На фиг. 4 изображена временная диаграмма, иллюстрирующая цифровые сигналы в схеме фазовой синхронизации синтезатора частоты с системой ФАПЧ по фиг. 3 согласно настоящему изобретению. Временная диаграмма включает в себя индикацию фазовой ошибки 207, сигнал запроса 302, сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309, сигнал опорной частоты 115, сигнал разделенной опорной частоты 206, синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты 303, сигнал выходной частоты 116 или 117, сигнал обратной связи 209 и синхронизированный сигнал обратной связи 304.

Сигнал запроса 302 имеет фронт 401 и срез 406. Сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309 имеет фронт 404 и срез 405. Сигнал опорной частоты 115 имеет фронты 408 и 409. Сигнал разделенной опорной частоты 206 имеет фронт 402. Синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты 303 имеет фронт 414 и срез 412. Сигнал выходной частоты 116 или 117 имеет фронты 407, 410 и 411. Сигнал обратной связи 209 имеет фронт 403. Синхронизированный сигнал обратной связи 304 имеет фронт 415 и срез 413.

Если индикация фазовой ошибки 207 высокая, система ФАПЧ 300 реагирует на регулировку фазовой ошибки. Если сигнал запроса 302 в низком состоянии, система ФАПЧ 300 запрашивает работу во включенном состоянии. Если сигнал запроса 302 в высоком состоянии, система ФАПЧ 300 запрашивает работу в выключенном состоянии. Если сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309 низкий, система ФАПЧ 300 работает во включенном состоянии. Если сигнал управления состоянием системы ФАПЧ 309 высокий, система ФАПЧ работает в выключенном состоянии. Если синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты 303 высокий, делитель опорной частоты 201 находится в состоянии восстановления (сброса). Если синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты 303 низкий, делитель опорной частоты 201 включен. Если синхронизированный сигнал обратной связи 304 высокий, делитель частоты системы 205 находится в состоянии восстановления (сброса). Если синхронизированный сигнал обратной связи 304 низкий, делитель системы частоты 205 включен.

В момент времени t₀ сигнал запроса 302 низкий и система ФАПЧ 300 работает в выключенном состоянии.

В момент времени t₁ сигнал запроса 302 переходит в высокое состояние. Поскольку фронт 401 возникает, когда индикация фазовой ошибки 207 низкая, схема управления состоянием системы ФАПЧ 305 отключает систему ФАПЧ 300 с появлением фронта 404.

В момент времени t₂ система ФАПЧ 300 работает в выключенном состоянии после появления обоих фронтов 402 и 403. Синхронизированный сигнал разделенной опорной частоты 303 и синхронизированный сигнал обратной связи 304 удерживаются в высоком состоянии и сигнал выходной частоты 116 или 177 выключается после t₂.

В момент времени t₃ схема управления состоянием системы ФАПЧ 305 включает систему ФАПЧ с появлением среза 405 в ответ на срез 406. После обнаружения фронта 407 детектор сигналов 307 обнаруживает фронт 408.

В момент времени t₄ обнаружение фронта 408 позволяет делителю опорной частоты 201 включаться с появлением фронта 409 в момент t₆. После обнаружения фронта 408, детектор сигналов также отслеживает ближайший фронт сигнала выходной частоты 116 или 117 и обеспечивает включение делителя частоты системы 205 в ответ на следующий фронт сигнала выходной частоты 116 или 117. В представленной временной диаграмме ближайший фронт сигнала выходной частоты 116 или 117 - это фронт 410. Следовательно, делитель частоты системы 295 включается на фронт 411.

В момент времени t₅ делитель частоты системы 205 включен. Срез 413 является реакцией на фронт 411. Система ФАПЧ продолжает работать в своем нормальном включенном режиме после того, как включились делитель опорной частоты 201 и делитель частоты системы 205.

В момент времени t₆ включен делитель опорной частоты. Фронт 412 является реакцией на фронт 409. Разность времени между t₅ и t₆ приближается к разности времени между включением делителя частоты системы 205 и включением делителя опорной частоты 201, когда система ФАПЧ 300 фиксирована в нормальном режиме. Следовательно, фазовая ошибка точно измеряется разностью времени появления сигнала разделенной опорной частоты 206 и сигнала обратной связи 209 в момент времени t₇.

В момент времени t₇ фронт 414 показан как появившийся раньше фронта 415, что свидетельствует о фазовой ошибке. Индикация фазовой ошибки 207 высокая между временем t₇ и t₈, указывая на фазовую ошибку. Если сигнал запроса становится высоким между временем t₇ и t₈, он не будет приниматься во внимание пока не пройдет время t₈.

В момент времени t₈ индикация фазовой ошибки 207 снижается.

На фиг. 5 изображена последовательность операций синхронизации для синтезатора частоты с системой ФАПЧ, изображенного на фиг.3, в соответствии с настоящим изобретением. Данная последовательность начинается с операции 501.

В операции 502 схема управления состоянием системы 305 определяет состояние сигнала запроса. Если состояние сигнала запроса высокое, выполняется операция 503.

В операции 503 схема управления состоянием системы ФАПЧ 305 и логическая схема 316 удерживают сигнал разделенной опорной частоты 206 и сигнал обратной связи 209 в заданном состоянии. Сигнал разделенной частоты 206 и сигнал обратной связи 209 будут удерживаться в этом заданном состоянии до тех пор, пока состояние сигнала запроса не станет низким. При низком состоянии сигнала запроса выполняется операция 504.

В операции 504 сигнал разделенной опорной частоты 206 включается в зависимости от фазы сигнала опорной частоты 115.

В операции 505 определяется фазовое соотношение между сигналом опорной частоты 115 и сигналом выходной частоты 116 и 117.

В операции 506 сигнал опорной связи 209 включается схемой управления синхронизацией 308 и логической схемой 316 в ответ на включение сигнала разделенной опорной частоты 206 и определяется фазовая зависимость.

Таким образом, в настоящем изобретении предложены схема и способ фазовой синхронизации для системы фазовой автоматической подстройки частоты 300. Благодаря настоящему изобретению сводится к минимуму фазовая ошибка, вносимая в систему ФАПЧ 300 при переключении между режимами, за счет исключения традиционного переключателя между фазовым детектором и фильтром системы. Схема управления состоянием системы ФАПЧ 305 и схема восстановления 306 регулируют синхронизацию перехода между состояниями системы ФАПЧ. Кроме того, предложенная схема фазовой синхронизации 301 сокращает до минимума время, необходимое системе ФАПЧ 300 для достижения фиксированного состояния за счет синхронизации первоначальных фаз сигнала разделенной опорной частоты 206 и сигнала обратной связи 209. Следовательно, точное определение фазовой ошибки осуществляется как только включается система ФАПЧ 300. Благодаря настоящему изобретению существенно решаются присущие традиционным устройствам проблемы неточной регулировки фазы, возникновения фазовой ошибки в системе ФАПЧ 300 из-за переключателя системы и дополнительных аппаратных средств.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретные примеры его осуществления, оно не ограничивается этими конкретными воплощениями. Специалисты в данной области смогут осуществить изменения и модификации, без изменения сущности и объема изобретения, определенных следующей формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ синхронизации фазы в системе фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ), которая вырабатывает сигнал выходной частоты в ответ на сигнал опорной частоты, причем сигнал выходной частоты и сигнал опорной частоты характеризуются частотой и фазой, сигнал выходной частоты имеет более высокую частоту, чем сигнал опорной частоты, частота сигнала опорной частоты делится, образуя сигнал разделенной опорной частоты, частота сигнала выходной частоты делится, образуя сигнал обратной связи, отличающийся тем, что синхронизацию фазы сигнала разделенной опорной частоты с фазой сигнала обратной связи осуществляют посредством выполнения операций определения того, находится ли система ФАПЧ в первом или во втором состоянии, удерживания сигнала разделенной опорной частоты и сигнала обратной связи в заданном состоянии в ответ на определение, что система ФАПЧ находится в первом состоянии, включения сигнала разделенной опорной частоты в зависимости от фазы сигнала опорной частоты в ответ на определение того, что система ФАПЧ находится во втором состоянии, определения фазового соотношения между сигналом опорной частоты и сигналом выходной частоты в ответ на указанное включение сигнала разделенной опорной частоты и включение сигнала обратной связи в ответ на включение сигнала разделенной опорной частоты и определенное фазовое соотношение.

2. Схема фазовой синхронизации для использования в системе фазовой автоматической подстройки частоты (ФАЧП), предназначенной для выработки сигнала выходной частоты в ответ на сигнал опорной частоты, при этом сигнал выходной частоты и сигнал опорной частоты характеризуются частотой и фазой, частота сигнала опорной частоты делится, образуя сигнал разделенной опорной частоты, сигнал выходной частоты делится, образуя сигнал обратной связи, разность между фазой сигнала опорной частоты и фазой сигнала выходной частоты характеризует фазовую ошибку, причем система ФАПЧ обеспечивает снижение фазовой ошибки в ответ на периодическую индикацию фазовой ошибки, при этом система ФАПЧ имеет первое и второе состояния в зависимости от сигнала запроса, появление которого не синхронизировано по времени с периодической индикацией фазовой ошибки, отличающаяся тем, что схема фазовой синхронизации содержит схему управления состоянием системы ФАПЧ, подсоединенную для приема сигнала запроса, периодической индикации фазовой ошибки и первого сигнала восстановления и обеспечивающую выработку сигнала установки и сигнала установки и сигнала управления состоянием системы ФАПЧ, детектор сигналов, подсоединенный для приема сигнала запроса, сигнала выходной частоты, сигнала опорной частоты и сигнала установки и обеспечивающий выработку второго и третьего сигналов восстановления, схему управления синхронизацией, подсоединенную для приема второго и третьего сигналов восстановления и сигнала установки и обеспечивающую выработку первого и второго хронирующих сигналов, схему восстановления, подсоединенную для приема сигнала запроса и первого и второго хронирующих сигналов и обеспечивающую выработку первого сигнала восстановления, и логическую схему, подсоединенную для приема первого и второго хронирующих сигналов, сигнала разделенной опорной частоты и сигнала обратной связи и обеспечивающую выработку синхронизированного сигнала разделенной опорной частоты и синхронизированного сигнала обратной связи.

3. Схема по п. 2, отличающаяся тем, что сигнал управления состоянием системы ФАПЧ предназначен для управления первым и вторым состояниями системы ФАПЧ.

4. Схема по п.2 или 3, отличающаяся тем, что сигнал установки предназначен для подготовки детектора сигналов к обнаружению первого состояния сигнала запроса.

5. Схема по любому из пп.2 - 4, отличающаяся тем, что сигнал установки обеспечивает поддержание первого и второго хронирующих сигналов в заданном состоянии, а второй и третий сигналы восстановления обеспечивают сброс заданных состояний первого и второго хронирующих сигналов.

6. Схема по любому из пп.2 - 5, отличающаяся тем, что первый сигнал восстановления предназначен для подготовки схемы управления состоянием системы ФАПЧ к обнаружению второго состояния сигнала запроса.

7. Схема по любому из пп.2 - 6, отличающаяся тем, что первый хронирующий сигнал и сигнал разделенной опорной частоты совместно обеспечивают формирование синхронизированного сигнала разделенной опорной частоты, а второй хронирующий сигнал и сигнал обратной связи совместно обеспечивают формирование синхронизированного сигнала обратной связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6