Общие сведения об устройстве фазовой автоподстройки частоты

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:

Т_пс = Е_доп /(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:

Т_с= (Е_начx M x L)/(100xSxBxJ).