Способ подстройки частоты и фазовый детектор

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат изобретения заключается в повышении быстродействия и возможности работы с опорным сигналом любой скважности, период которого кратен периоду тактов, а также возможность подстройки частоты тактов по фронтам принимаемых данных. Способ подстройки частоты, в котором на время действия импульсов на выходах фазового детектора (ФД) формируют сигналы положительной и отрицательной полярности соответственно, которые затем суммируют, фильтруют и полученным сигналом управляют частотой генератора, фронт импульса на первом выходе по фронту опорного сигнала, а его срез - по любому переключению тактов. Если фронт опорного сигнала появится позже фронта тактов, то также формируют сигнал на втором выходе ФД с длительностью паузы тактов. ФД содержит три элемента 2-И, три D-триггера и логическую схему конъюнкции 3-х сигналов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике.

Известен способ подстройки частоты (см., например, [1]), в котором опорный и тактовый сигналы перемножают, полученный сигнал фильтруют и управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют такты. Способ [1] работает только с гармоническими сигналами и (или) импульсами скважностью 2.

Известен способ подстройки частоты [2], в котором на первом выходе фазового детектора формируют импульс по фронту опорного сигнала, на втором выходе фазового детектора формируют импульс по фронту тактов, а после появления обоих импульсов формируют срезы импульсов на обоих выходах фазового детектора, импульсы на первом и втором выходах фазового детектора преобразуют соответственно в сигналы положительной и отрицательной полярности, которые затем суммируют, фильтруют и управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют такты.

В режиме удержания оба способа [1, 2] работают только с сигналами равных частот при фиксированных параметрах опорного сигнала, что является их общим недостатком. Это не позволяет использовать для подстройки частоты опорный сигнал, период которого кратен периоду тактов, а также при изменении в процессе работы его кратности и скважности. Известные способы не позволяют использовать в качестве опорного сигнала принятые данные для подстройки частоты тактов.

Известен фазовый детектор [3], содержащий пять элементов И-НЕ. Это устройство работает в системах подстройки частоты по способу [2] и ориентировано на биполярную технологию (ТТЛ, ЭСЛ и И2Л).

Известен работающий в системах подстройки частоты по способу [2] фазовый детектор [4], содержащий два триггера, два элемента И и два элемента задержки, причем тактовый вход устройства соединен с С-входом второго триггера, выходы первого и второго элементов соединены попарно со входами сброса первого и второго триггеров соответственно.

В режиме удержания известные фазовые детекторы [3 и 4] могут работать только при равных частотах, что является недостатком, т.к. это не позволяет их использовать для подстройки тактовой частоты по фронтам данных при приеме дискретных сигналов.

Кроме того, фазовый детектор [4] имеет низкое быстродействие из-за использования элементов задержки и асинхронного сброса D-триггеров. Максимальная частота тактов устройства [4] в 2,5-3 раза меньше предельной частоты простого D-триггера.

Наиболее близкими к предлагаемым являются способ [2] и фазовый детектор [4] (прототипы).

Цель изобретения (технический результат) - повышение быстродействия (максимальной частоты тактов) и расширение функциональных возможностей способа подстройки частоты, в части:

- любой кратностью периода опорного сигнала к тактам;

- произвольной скважностью опорного сигнала;

- изменением кратности и скважности во время работы;

- возможности подстройки частоты тактов по фронтам данных при приеме дискретных сигналов.

Технический результат достигается тем, что:

1) В способе подстройки частоты, в котором на первом выходе фазового детектора формируют импульс модулируемой длительностью, на время действия импульсов на первом и втором выходах фазового детектора формируют соответственно сигналы положительной и отрицательной полярности, которые затем суммируют, фильтруют и управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют такты, фронт импульса на первом выходе фазового детектора формируют по фронту опорного сигнала, ждут любого переключения тактов и формируют срез импульса на первом выходе фазового детектора, импульс на втором выходе фазового детектора формируют при условии, когда фронт опорного сигнала появляется позже фронта тактов, при этом фронт импульса на втором выходе фазового детектора формируют по срезу тактов после фронта опорного сигнала, ждут появления фронта тактов и формируют срез импульса на втором выходе фазового детектора;

2) Амплитуды сигналов положительной и отрицательной полярности одинаковы;

3) Частоту генератора делят на четное число и формируют такты скважностью 2;

4) Фазовый детектор, содержащий два триггера и два элемента И, причем тактовый вход устройства соединен с С-входом второго триггера, дополнительно содержит третий элемент И, третий триггер и логическую схему, вход опорного сигнала соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены попарно с D-входами первого и второго триггеров соответственно, тактовый вход соединен с С-входами первого и третьего триггеров, вторые выходы первого и второго триггеров соединены попарно соответственно со вторыми входами второго и первого элементов И, первый выход второго триггера соединен со входом третьего элемента И и D-входом третьего триггера, второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выходы логической схемы и третьего элемента И соединены попарно соответственно с первым и вторым выходами фазового детектора, логическая схема выполняет функцию конъюнкции опорного сигнала и сигналов на вторых выходах первого и второго триггеров, логическая схема содержит элемент И, входы которого подключены к соответствующим элементам фазового детектора, а С-вход второго триггера инверсный.

Группа изобретений связана общим замыслом и удовлетворяет требованию единства изобретения, т.к. фазовый детектор является частью устройства для осуществления предложенного способа. При анализе уровня техники и новизны заявляемых объектов не обнаружены аналоги с перечисленной совокупностью вышеназванных признаков. Следовательно, описанное техническое решение соответствует критерию "новизна".

На фиг. 1 представлен предлагаемый способ подстройки частоты. На фиг. 2 приведена временная диаграмма. На фиг. 3 приведен фазовый детектор. На фиг. 4-8 приведены варианты построения логической схемы. На фиг. 9 приведен фазовый детектор (вариант фиг. 5), а на фиг. 10 и 11 - временные диаграммы его работы.

Способ подстройки частоты (фиг. 1 и 2), в котором на первом выходе Р фазового детектора 1 формируют импульс модулируемой длительностью, на время действия импульсов на первом N и втором Р выходах фазового детектора 1 формируют сигналы положительной Sp и отрицательной Sn полярности, которые затем суммируют 2, фильтруют 3 и полученным сигналом U с выхода фильтра 3 управляют частотой генератора 4, частоту генератора 4 делят 5 и формируют такты Т, при этом фронт импульса на первом выходе Р фазового детектора 1 формируют по фронту опорного сигнала Fo, ждут любого переключения тактов Т и формируют срез импульса на первом выходе Р фазового детектора 1, импульс на втором выходе N фазового детектора 1 формируют при условии, когда фронт опорного сигнала Fo появляется позже фронта тактов Т, при этом фронт импульса на втором выходе N фазового детектора 1 формируют по первому срезу тактов Т после фронта опорного сигнала Fo, ждут появления фронта тактов Т и формируют срез импульса на втором выходе N фазового детектора 1.

Полярность слагаемых Р и N при суммировании 2 предполагает повышение частоты генератора 4 при увеличении сигнала U.

На временной диаграмме (фиг. 2) представлены два варианта соотношения фаз между опорным сигналом Fo и тактами Т, при этом использованы следующие обозначения:

1) t1 - время, на которое фронт опорного сигнала Fo опережает фронт тактов Т;

2) t2 - время, на которое фронт тактов Т опережает фронт опорного сигнала Fo;

3) t3 - время, на которое фронт опорного сигнала Fo опережает срез тактов Т;

4) ti - длительность импульсов тактов ti=t2+t3;

5) tp - длительность паузы между импульсами тактов Т;

6) Sp - амплитуда положительных сигналов при сложении;

7) Sn - амплитуда отрицательных сигналов при сложении.

При опережении фронтом Fo опорного сигнала фронта тактов Т на время t1 (левая часть диаграммы фиг. 2) надо увеличивать частоту тактов. На выходе Р формируется импульс длительностью t1 и амплитудой Sp. По завершении переходных процессов фильтра 3 увеличиваются сигнал U, частота генератора 4 и частота тактов Т на выходе делителя 5. Эффективное увеличение постоянной составляющей сигнала ΔUp определяется по формуле:

где K - коэффициент передачи фильтра.

В случае опережения фронтом тактов Т фронта опорного сигнала Fo на время t2 (правая часть диаграммы фиг. 2) надо уменьшать частоту тактов. Формируются два импульса на выходах Р и N длительностью t3 и tp соответственно, а после сложения 2 получается двухполярный сигнал S. Напряжение U на выходе фильтра 3 кратковременно (за время t3) несущественно увеличивается, но затем сразу уменьшается, а вместе с ним снижаются частота сигнала на выходе генератора 4 и частота тактов Т на выходе делителя 5.

По завершению переходных процессов в фильтре 3 эффективное уменьшение постоянной составляющей сигнала ΔUn определяется по формуле:

В общем случае функционирование в режиме удержания зависит от соотношений между значениями tp*Sn и ti*Sp:

1) если tp*Sn<ti*Sp, то фронт тактов Т будет опережать фронт опорного сигнала Fo на время Δt, при этом Δt=(ti*Sp-tp*Sn)/Sp;

2) если tp*Sn≥ti*Sp, то для любых значений t3 (0<t3≤ti) ΔUn≤0 и фронты тактов Т и опорного сигнала Fo будут синфазными.

Линейная характеристика получается для значений tp=ti и Sp=Sn=S. В этом случае формула (2) приводится к виду:

Таким образом, предложенный способ может работать с опорным сигналом произвольной скважности при любой кратности периода опорного сигнала к тактам и изменениях кратности и скважности в процессе работы. Способ позволяет подстраивать частоту тактов по фронтам опорного сигнала и частота тактов в режиме удержания будет кратна частоте опорного сигнала при любой его скважности.

Расчет цепи может выполняться аналогично ФАПЧ [1], при этом коэффициент передачи фазового детектора 1 следует определять для опорного сигнала на номинальной (или средней) частоте. Устойчивость петли обеспечивается параметрами фильтрации 3.

Фазовый детектор (фиг. 3), содержащий два триггера 101 и 102, два элемента И 111 и 112. Тактовый вход устройства Т соединен с С-входом второго триггера 102. Дополнительно содержит третий элемент И 113, третий триггер 103 и логическую схему 120, вход опорного сигнала Fo соединен с первыми входами первого 111 и второго 112 элементов И, выходы которых соединены попарно с D-входами первого 101 и второго 102 триггеров соответственно, тактовый вход Т соединен с С-входами первого 101 и третьего 103 триггеров, вторые выходы первого 101 и второго 102 триггеров соединены попарно соответственно со вторыми входами второго 112 и первого 111 элементов И, первый выход второго триггера 102 соединен со входом третьего элемента И 113 и D-входом третьего триггера 103, второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И 113, выходы логической схемы 120 и третьего элемента И 113 соединены попарно соответственно с первым Р и вторым N выходами фазового детектора, логическая схема 120 выполняет функцию конъюнкции опорного сигнала Fo и сигналов на вторых выходах первого 101 и второго 102 триггеров, логическая схема 120 содержит элемент И, входы которого подключены к соответствующим выводам элементов фазового детектора, а С-вход второго триггера 102 инверсный.

На фиг. 4 и 5 приведены симметричные варианты построения логической схемы, а на фиг. 6, 7 и 8 - несимметричные.

В фазовом детекторе (фиг. 9) логическая схема 120 построена по варианту, приведенному на фиг. 5.

На фиг. 10 и 11 приведены временные диаграммы работы фазового детектора для разных фаз между фронтами опорного сигнала Fo и тактов Т. На временных диаграммах (фиг. 10 и 11) последовательность переключения элементов показана стрелками, задержки переключения триггеров и элементов И приняты равными и используются введенные выше обозначения t1 и t2. Точки на диаграмме тактов Т иллюстрируют тот факт, что длительности паузы и импульса опорного сигнала могут соответствовать любым целым числам периодов тактов.

Как видно из диаграмм, сигнал лог. 1 на первом выходе первого Q1 или второго Q2 триггеров может появиться только альтернативно Q1*Q2=0, а затем переключится в лог. 0 только после среза опорного сигнала.

Функциональная надежность обеспечивается тем, что переходные процессы в триггерах разнесены по времени на длительность импульса и паузы тактового сигнала. Максимальная частота тактов фазового детектора ограничена предельной частотой простого D-триггера.

Фазовый детектор с другими вариантами построения логической схемы 120 работает аналогично. Различаются только задержки формирования фронта и среза импульса на первом выходе Р. Если требуется высокая точность, то рекомендуется применить вариант логической схемы 120 по фиг. 8.

Таким образом, предложенные способ и фазовый детектор работают с опорным сигналом произвольной скважности при любой кратности периода опорного сигнала к тактам и изменениях кратности и скважности в процессе работы, не содержит элементов задержки и имеет высокое быстродействие и, кроме того, может подстраивать частоту тактов по фронтам данных.

Источники информации

1. Гребен А.В. Проектирование аналоговых интегральных схем, Пер. с англ. - М., Энергия 1976, 266 с., с. 196, рис. 9-17.

2. Патент US 5892380, кл. 337/172, 06.04.1999.

3. А.С. СССР 1753579, МПК H03D 13/00, 07.08.1992.

4. Патент US 8975924, кл. 337/12, 10.03.2015.

1. Способ подстройки частоты, в котором на первом выходе фазового детектора формируют импульс модулируемой длительностью, на время действия импульсов на первом и втором выходах фазового детектора формируют сигналы положительной и отрицательной полярности соответственно, которые затем суммируют, фильтруют и полученным сигналом управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют такты, отличающийся тем, что фронт импульса на первом выходе фазового детектора формируют по фронту опорного сигнала, ждут любого переключения тактов и формируют срез импульса на первом выходе фазового детектора, импульс на втором выходе фазового детектора формируют при условии, когда фронт опорного сигнала появляется позже фронта тактов, при этом фронт импульса на втором выходе фазового детектора формируют по срезу тактов после фронта опорного сигнала, ждут появления фронта тактов и формируют срез импульса на втором выходе фазового детектора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что амплитуды сигналов положительной и отрицательной полярности одинаковы.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что частоту генератора делят на четное число и формируют такты скважностью 2.

4. Фазовый детектор, содержащий два триггера и два элемента И, причем тактовый вход устройства соединен с С-входом второго триггера, отличающийся тем, что дополнительно содержит третий элемент И, третий триггер и логическую схему, вход опорного сигнала соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых соединены попарно с D-входами первого и второго триггеров соответственно, тактовый вход соединен с С-входами первого и третьего триггеров, вторые выходы первого и второго триггеров соединены попарно

соответственно со вторыми входами второго и первого элементов И, первый выход второго триггера соединен со входом третьего элемента И и D-входом третьего триггера, второй выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выходы логической схемы и третьего элемента И соединены попарно соответственно с первым и вторым выходами фазового детектора, логическая схема выполняет функцию конъюнкции опорного сигнала и сигналов на вторых выходах первого и второго триггеров, логическая схема содержит элемент И, входы которого подключены к соответствующим элементам фазового детектора, а С-вход второго триггера инверсный.

5. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что первый, второй и третий входы элемента И логической схемы соединены попарно с первым и вторым входами первого элемента И и вторым входом второго элемента И соответственно.

6. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что первый и второй входы элемента И логической схемы подключены попарно к выходам первого и второго элементов И соответственно.

7. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что первый и второй входы элемента И логической схемы подключены попарно к выходу второго элемента И и ко второму входу первого элемента И соответственно.

8. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что первый и второй входы элемента И логической схемы подключены попарно к выходу первого элемента И и ко второму входу второго элемента И соответственно.

9. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что первый и второй входы элемента И логической схемы подключены попарно ко вторым выходам первого и второго триггеров соответственно, а третий вход элемента И логической схемы подключен к выходу первого элемента И.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к синтезаторам частот на основе петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Технический результат заключается в снижении уровня фазовых шумов и побочных дискретных составляющих в спектре выходного сигнала, что в свою очередь повышает качество выходного сигнала, при сохранении высокого разрешения по частоте и широкой полосы перестройки.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при организации систем связи с увеличенным количеством каналов, а также в измерительной технике, где требуется перестройка частоты с малым шагом. В основу изобретения поставлена задача получения микроволновых колебаний с малым шагом сетки частот, низким уровнем фазовых шумов и малым временем перестройки частоты.

Способ фазовой автоподстройки позволяет осуществлять синхронизацию от однофазного исходного сигнала с помехами. Технический результат заключается в улучшении практического быстродействия синхронизации до одного-двух периодов сигнала синхронизируемой частоты, фильтрации помех в формируемых сигналах синхронизированной фазы и частоты.

Изобретение относится к области радиотехники. Tехнический результат - расширение полосы захвата путем изменения симметричной формы дискриминационной характеристики знакового логического фазового дискриминатора в асимметричную, а при увеличении зоны положительного или отрицательного знака дискриминационной характеристики увеличивается соответствующая односторонняя полоса захвата для начальных частотных расстроек соответствующего знака.

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и радиотехнике. Технический результат заключается в повышении быстродействия и возможности формирования многочастотных частотно-модулированных сигналов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в приемопередающих устройствах СВЧ диапазона частот. Техническим результатом является повышение устойчивой работы при перестройке частоты входного СВЧ сигнала.

Изобретение относится к устройствам стабилизации параметров автогенераторов и может быть использовано в технике связи и управления, радиоавтоматике, системах авторегулирования.

Изобретение относится к технике связи. Технический результат заключается в комплексном улучшении основных параметров системы синхронизации, а именно: в повышении помехоустойчивости, в улучшении фильтрующих свойств системы, в расширении полос захвата и удержании синхронного режима работы, в уменьшении времени вхождения в синхронный режим работы, в обеспечении нулевой статической ошибки по фазе и в обеспечении корректной работы устройства в условиях наличия изменений и флуктуаций амплитуды входного сигнала или изменений коэффициента передачи фазовых детекторов.

Изобретение относится к частотной селекции и фильтрации радиосигналов. Технический результат заключается в обеспечении адаптации устройств селекции радиосигналов к помеховой обстановке, а также возможности управления их энергопотреблением.

Изобретение относится к электронно-вычислительной технике и радиотехнике, предназначено для синтеза пачек прямоугольных импульсов и может быть использовано в системах радиолокации и навигации.

Изобретение относится к сетям беспроводной связи и может использоваться для выбора ортогональных параметров передачи для опорных сигналов демодуляции в системах беспроводной связи.

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для определения фазового сдвига импульсных последовательностей с произвольными длительностями импульсов и скважностями.

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для определения фазового сдвига как синусоидальных сигналов, так и последовательностей импульсов.

Изобретение относится к системах автоматики для получения информации о знаке и величине разности фаз двух импульсных колебаний близких частот. Технический результат заключается в повышении точности оценки разности фаз при одновременном использовании знаковых и пропорциональных выходов.

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к импульсному частотно-фазовому детектору. Технический результат заключается в уменьшении времени переходных процессов в контуре фазовой автоподстройки частоты за счет оптимизации алгоритма формирования выходных управляющих сигналов импульсного частотно-фазового детектора.

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к импульсному частотно-фазовому детектору. .

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в качестве логического элемента сравнения частоты следования импульсов задающего генератора, определяющего частоту вращения двигателя в дискретных астатических электроприводах, и частоты следования импульсов датчика обратной связи, расположенного на валу двигателя, а также в других системах фазовой синхронизации.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в приемо-передающей аппаратуре измерительной техники для аналогового моделирования систем синхронизации генераторов и проектирования различных типов систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах фазовой синхронизации. .

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в частотомерах, стандартах частоты и времени, приемниках-компараторах и других приборах для частотно-временных измерений.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в дискретных системах автоматики для получения информации о знаке разности частот двух импульсных колебаний. Технический результат - повышение быстродействия. Способ определения знака разности частот основан на анализе знака и модуля разности фаз между колебаниями близких по значению частот и заключается в том, что знак разности частот принимается отрицательным, когда с течением времени анализа при положительном знаке разности фаз наблюдается увеличение модуля разности фаз или уменьшение модуля разности фаз при отрицательном знаке разности фаз, и знак разности частот принимается отрицательным, когда при положительном знаке разности фаз наблюдается уменьшение модуля разности фаз или увеличение модуля разности фаз при отрицательном знаке разности фаз. Устройство для реализации способа определения знака разности частот содержит знако-модульный логический фазовый дискриминатор, D-триггер, дифференцирующее устройство, два формирователя импульсов, элемент задержки, вычитающее устройство, устройство выборки-хранения, интегратор. 2 н.п. ф-лы, 5 ил..

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат изобретения заключается в повышении быстродействия и возможности работы с опорным сигналом любой скважности, период которого кратен периоду тактов, а также возможность подстройки частоты тактов по фронтам принимаемых данных. Способ подстройки частоты, в котором на время действия импульсов на выходах фазового детектора формируют сигналы положительной и отрицательной полярности соответственно, которые затем суммируют, фильтруют и полученным сигналом управляют частотой генератора, фронт импульса на первом выходе по фронту опорного сигнала, а его срез - по любому переключению тактов. Если фронт опорного сигнала появится позже фронта тактов, то также формируют сигнал на втором выходе ФД с длительностью паузы тактов. ФД содержит три элемента 2-И, три D-триггера и логическую схему конъюнкции 3-х сигналов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Наверх