ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ
Цель работы. Исследование зависимости основных выходных характеристик цифровых устройств фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) от их структуры и параметров отдельных узлов, а также овладением методикой их расчета.
Задание
1. Изучить принципы построения цифровых устройств фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и ознакомиться с его функциональным алгоритмом программной реализации [1,6].
2. Получить зависимость времени синхронизации от шага коррекции, емкости усредняющего счетчика и коррекционного эффекта
3. Получить зависимости времени поддержания синхронизма от скорости модуляции и определить коэффициент нестабильности опорного генератора приемного устройства.
4. Данные исследования сравнить с расчетными, сделать выводы и оформить отчет.
Общие сведения об устройстве фазовой автоподстройки частоты
В системах передачи данных находят широкое применение устройства фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с элементами дискретизации. Применение элементов дискретизации в устройствах ФАПЧ позволяет обеспечить высокую точность и надежность работы системы, упростить технологию изготовления и настройки, легко организовать запоминание информации, облегчить сопряжение с ЭВМ.
Кроме того, уменьшаются габариты, масса и стоимость устройств.
Если частоты эталонного и подстраиваемого генератора равны, а медленные изменения их частот практически полностью компенсируются действием устройства ФАПЧ, то такой режим называется режимом синхронизма (удержания).
Режим, при котором разность частот подстраиваемого и эталонного генераторов в среднем равна нулю, а разность фаз изменяется периодически, называется режимом квазисинхронизма (квазиудержания).
Если среднее значение разности частот не равно нулю и наблюдается непрерывное возрастание среднего значения фаз, то такое состояние называется асинхронным режимом (режимом биений).
Режим захвата (синхронизации) - состояние системы, при котором в течение определенного времени она переходит из асинхронного режима в режим удержания.
В реальных системах, как правило, существует противоречие между стремлением обеспечить высокую точность подстройки фазы и быстрым вхождением в синхронизм.
Устройства ФАПЧ, в которых производится дискретизация параметров (сигналов), а передача и обработка в контуре авторегулирования осуществляется только в цифровой форме, называются цифровыми (ЦФАПЧ).
На вход ЦФАПЧ (рис. 3) поступает сигнал данных, форма которого преобразуется с помощью формирующего устройства (ФУ) к виду, удобному для работы фазового дискриминатора (ФД), в котором сравниваются фазы входного сигнала и сигнала тактовой частоты подстраиваемого генератора и вырабатываются кодовые комбинации, соответствующие знаку и величине разности фаз в момент сравнения.
Существуют различные модификации цифровых устройств ФАПЧ. В данной лабораторной работе исследуется широко применяемое устройство с так называемым устройством добавления-вычитания (УДВ), которое за период коррекции добавляет или вычитает в импульсной последовательности, формируемой задающим генератором (ЗГ), один или несколько импульсов, в зависимости от выбранного режима работы. Добавление одного импульса равносильно увеличению фазы ЗГ, а вычитание - уменьшению. Делитель частоты (ДЧ) в совокупности с УДВ можно рассматривать как дискретный фазовращатель. При этом, чем больше коэффициент деления делителя m, тем точнее подстройка генератора и меньше скачки фазы, которые называются шагом коррекции S= 1 / m. Очевидно, что частота задающего генератора должна быть в т раз больше частоты входного сигнала.
Для уменьшения влияния краевых искажений, возникающих в результате воздействия помех на передаваемые по каналу единичные элементы, к выходу фазового дискриминатора часто подключают интегрирующий элемент - усредняющий реверсивный счетчик (PC). При выборе емкости счетчика М стремятся удовлетворить два противоречащих требования: хорошее усреднение величин рассогласования фаз на выходе ФД и быстрое установление синхронизации. Если первое требование выполняется за счет увеличения емкости PC, то для выполнения второго требования она должна быть минимальной. Такое противоречие можно устранить, если емкость PC будет изменяться автоматически при переходе из режима захвата в режим удержания.
С целью уменьшения времени вхождения в синхронизм вводят формирователь коррекционного эффекта (ФКЭ), обеспечивающий добавление и исключение импульсов пропорционально величине рассогласования фаз. Такие системы называются устройствами синхронизации с переменным коррекционным эффектом. Здесь шаг коррекции S равен J/m, где J - функция от величины рассогласования фаз на выходе фазового дискриминатора. В определенных случаях можно вводить и постоянный коррекционный эффект (J =const).
В условиях кратковременного прекращения связи из-за наличия нестабильности частот генераторов передатчика и приемника начинается увеличение рассогласования фаз.
Время, в течение которого фазовое рассогласование генераторов не превышает допустимого значения Е доп, называется временем поддержания синхронизма:
Тпс = Едоп /(200 хkхВ),
где k - коэффициент нестабильности генераторов;
В - скорость передачи данных, в Бод.
Откуда, если известно время поддержания синхронизма, нетрудно определить коэффициент нестабильности генераторов.
Время синхронизации (захвата) можно определить, если известны такие данные, как величина начального рассогласования фаз Е нач, выраженное в процентах, емкость реверсивного счетчика М, вид передаваемых сигналов L (при передаче сигналов вида 1:1 L =l, а для текста L =2), шаг коррекции S, скорость передачи данных В и коррекционный эффект J:
Тс= (Еначx M x L)/(100xSxBxJ).