BxJ BxJ

Вых.А Вых^

ЧФД

Вх.Б

Выход L

ВхВ

ЦФД

УСЧ

Выход

а о

Рис. 11.11. Структурные схемы цифровых систем ФАПЧ

Частотная погрешность данной системы ЦАПЧ определяется нестабильностью ЛЗ, триггера, ДУ и устройства компенсации. Нестабильностью потенциометра настройки можно пренебречь. Результирующий температурный коэффициент частоты [46]

/р -3 IJiU 17

где ДТд, Дтр, hU AUy представляют изменения времени задержки, времени переключения триггера, нестабильности схемы компенсации и ДУ соответственно при изменении температуры на 1 °С.

Рассматриваемая система ЦАПЧ по стабильности частоты хуже системы ЦАПЧ с кварцевой стабилизацией, однако позволяет уменьшить на порядок ТКЧ по сравнению с системой параметрической стабилизации частоты. Кроме того, эта система содержит элемент настройки и обладает долговременной памятью, поэтому позволяет применять фиксирова1;ные настройки.

Цифровые системы ФАПЧ (ЦФАПЧ) содержат в качестве измерительного элемента (см. рис. 11.1,6) цифровой фазовый детектор (ЦФД), в котором сравниваются фазы входного сигнала, прошедшего через формирующее устройство (ФУ), и сигнала подстраиваемого генератора (ПГ). Результатом сравнения является кодовая комбинация (число), соответствующая разности фаз в момент сравнения. Момент сравнения (дискретизация по времени) может определяться либо входным (образцовым) сигналом, либо сигналом ПГ. Дискретизация по уровню осуществляется в ЦФД, поскольку его выходной сигнал может принимать только дискретные значения, число которых конечно. Выходной сигнал ЦФД обрабатывается по определенному алгоритму в цифровом ФНЧ н поступает в качестве управляющего на ПГ.

На практике применяются две модификации ЦФАПЧ: с так называемым устройством добавления - вычитания УДВ (рис. 11.11, а) и с управляемым кодом синтезатором частоты УСЧ (рис. 11.11, б) [107]. Система с УДВ несколько проще системы с УСЧ, поэтому применяется чаще, хотя спектр ее выходного напряжения содержит побочные частоты.

Цифровой детектор имеет в общем случае четыре входа и два выхода. На один из входов А (рие: 11.11, а) поступает периодическая последовательность коротких импульсов с частотой /g = (рис. 11.12, а) на два других входа (Вх Б и Вх S) - две сдвинутые на 180° одна относительно другой импульсные последовательности типа меандр с той же частотой /g.

ВхА

ВХ.В Вх.В Строб

Вх.Г

ВЫХ.А Ьых.Ь

ж

lllllll

6-Ж

Рис. 11.12. Временные диаграммы цифрового фазового детектора (а) н устройства добавления - вычнтаййя (б)

Когда времеииое положение импульсов на входе Л совпадает с положительной фазой меандровой последовательности на входе Б или иа входе В, вырабатывается строб ошибки длительностью стр' начало которого ойределйется временным положением импульса на входе А, а окончание - срезом положительной полуволны соответствующей меандровой последоЙательиос*и. Этот отроб заполняется вспомогательной импульсной последовательностью, поступающей на вход Г, с частотой Z, корегентной частоте /д. В результате за один строб вырабатывается отрезок последовательности вспомогательных импульсов (Вых А), число которых является кодовой комбинацией, передающей фазовое рассогласование. При этом иа втором выходе фазового детеК5го-ра (Вых Б) сигнал отсутстствует. В случае совпадения временного положения импульсов на Вх А с положительной полуволной меандровой посло-вательности на Вх В сигнал рассогласования появляется на выходе Б. Число импульсов на выходах ЦФД зависит от соотношения между частотами Д,в и и фазового рассогласования сравниваемых сигналов. Появление импульсов иа Вых А или Вых Б определяется знаком фазового рассогласования.

Цифровой фильтр нижних частот ЦФНЧ подобно обычному ФНЧ рву-ществляет коррекцию передаточной функции, подчеркивая низкие частбты по сравнению с высокими, что достигается усреднением отсчетов мгновеииья значений входного сигнала. Наибольшее применение нашли цифровые филь-ры, аналогичные интегрирующему, пропорционально-интегрирующему и астатическому звеньям.

Цифровой подстраиваемый генератор ЦПГ можно реализовать раздич-ными способами. В схеме (рис. 11.И, а) он состоит из опорного генератора ОГ, формирующего устройства ФУ2, УДВ и делителя частоты ДЧ. И^ра-висимо от схемы ЦПГ его частота зависит от значения кода, поступающего иа входы цифрового управляющего элемента ЦУЭ. В схеме роль ЦУЭ выполняет УДВ. В полностью цифровой системе ФАПЧ возможно лишь косвенное управление частотой ЦПГ, осуществляемое измеиеиием фа ы некоторого опорного колебания с помощью промежуточного преобразователя, иййри-мер УДВ. В системе ФАПЧ с УСЧ (рис. 11.11, б) осуществляется прямое

Вх.А Вх.Б ВыхЛ

дискретное управление частотой ПГ прн помощи устройства коммутации дробно-кратного преобразователя

ВХ.В II-I -1 Г ВЫХ.Б

I t частоты опорного колебания.

, Рассмотрим работу ЦФАПЧ с

Р \ УДВ при отсутстствни ЦФНЧ в цепн регулирования. Кроме того, примем

иипГГПшпт.и imm =/об- что соответстствует ре-

лейной характеристике ЦФД. При Рис. и.13.Вре^меи^иагра^шы цифровой . управляющие ВХОДЫ УДВ

за период регулирования = Т^ в зависимости от разности фаз сравниваемых сигналов поступает либо один нмпульс опережения (Вых Л), либо один импульс отставания (Вых Б). Кроме того, от ФУ2 на УДВ поступает периодическая последовательность коротких импульсов с частотой ОГ = 1/7о.г (Р^с. 11.12, б). Если на управляющих входах сигнал коррекции отсутствует (система разомкнута), опорная последовательность импульсов без изменений проходит на выход УДВ. Если же имеется сигнал добавления + (или вычитания - ), в опорную последовательность врезается (рис. 11.12, г) или вырезается из нее (рис. 11.12, е) импульс коррекции. Добавление (или вычитание) одного импульса к последовательности опорных импульсов равносильно Изменению фазы ОГ на +2я или -2я. Для уменьшения скачков фазы после УДВ применяют делитель частоты (ДЧ) в k раз, уменьшающий эти скачки в k раз. Поэтому частота ОГ должна быть в k раз больше частоты выходного сигнала ДЧ = l/T. При этом сдвиг по фазе выходного сигнала (рис. 11.12, в) за счет одного импульса коррекции на входе УДВ равен ± Дф = = Inlk. Соответственно временной сдвиг ДГ = j. (рис. 11.12, д, ж). Если же на управляющий вход УДВ поступает ие одиночный нмпульс, а периодическая последовательность импульсов коррекции одного знака ( + или - ) с частотой /g = l/rg, на выходе ДЧ частота сигнала изменяется.

На рис. 11.13 приведены временнйе диаграммы, поясняющие работу замкнутой ЦФАПЧ без ЦФНЧ при /дт / . Первые два импульса образцовой последовательности на Вх А ЦФД совпадают с положительной полуволной меаидровой последовательности на Вх Б. При этом сигнал коррекции появляется на соответстствующем выходе ЦФД (Вых Л), что приводит к добавлению в опорную последовательность одного импульса коррекции за период регулирования (Вых УДВ). Момент появления третьего импульса образцовой последовательности совпадает с положительной полуволной меаидровой импульсной последовательности на Вх В ЦФД, в результате чего сигнал коррекции появляется на Вых Б ЦФД, и из опорной последовательно сти вырезается соответственно один нмпульс за период регулирования. Далее процесс добавления - вычитания повторяется. Заметим, что при добавлении импульса период меандровой последовательности уменьшается, а при вычитании - увеличивается. С течением времени в системе, как правило, устанавливается режим, при котором средняя частота выходных колебаний равна частоте образцового сигнала, а их мгновенные частоты могут отличать-