Устройство для частотно-фазовой автоподстройки

(19) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ч:ы.юча. ано к -ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Шапиро Д.синтеза частот1 Бюл. У 23кий электротехническийин, Ю.И.Алехин32.00 1(088,8)Н. и др. Основы теорииМ,: Радио и Связь,981, с. 171, рис. 7.8.Карякин В,Л., Другов М.И.Системаастотно-фазовой автоподстройки. -Электросвязь. 1981, В 9, с. 48-51.54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНО-ФАЗОВОЙВТОПОДСТРОЙКИ57) Изобретение относится к импульсой технике и может быть использовустройствах формирования сетки фи Л 4 Н 03 К 7/06, Н 03 Е 7/00 сированных частот с высоким быстродействием. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства при переходе с одной частоты на другую. Устройство содержит импульсно- фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3, подстраиваемый генератор 4, делители частоты с фиксированным 5 и переменным 6 коэффициентами деления, блок 8 управления, счетчик 9 импульсов, циф, роаналоговый преобразователь 10, управляемый блок 11 нелинейных элементов и ключ 12. Введение новых элементов и связей позволило существенно уменьшить число интервалов регулирования и увеличить быстродействие устройства при условии перехода с одной частоты аа другую. 2 а.п. ф-лы, 3 лл. СчеИзобретение относится к импульсной ,технике и может быть использовано в устройствах формирования сетки Фиксированных частот с высоким быстродей 5 ,ствием при переходе с одной частоты на другую.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства при переходе с одной частоты на другую.10На Фиг,1 представлена функциональная схема устройства для частотно-Фазовой автоподстройки, на фиг,2 - функциональная схема блока управления," на фиг3 - функциональная схема управляемого блока нелинейных элементов.Устройство для частотно-фазовой автоподстройки содержит импульсно- Фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3, подстраиваемый генератор 4, делитель 5 частоты с фиксированным коэффициентом деления, делитель 6 частоты с переменным коэффициентом деления, цифро вой частотный детектор 7, блок 8 управления, счетчик 9 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 10, управ- ляемыЭ блок 11 нелинейных элементов и ключ 12, Блок 8 управления содержит генератор 13 одиночного импульса, генератор 14 тактовых импульсов тригФ гер 15, элемент 16 совпадения, эле,мент 17 запрета и инвертор 18, Управляемый блок 11 нелинейных элементов содержит ключи 19 и 20, нелинейные элементы 21 и 22, инвертор 23 и сумматор 24.При этом соединены последовательно шина эталонной частоты, импульсно-фазовый детектор 1, фильтр 2 нижних частот, управляющий элемент 3 и подстраиваемый генератор 4, выход которого соединен с выходной шиной и через соединенные последовательно дели - тель 5 частоты с Фиксированным коэф 45 фициентом деления и делитель 6 частоты с переменным коэффициентом деления с вторым входом импульсно-фазового детектора 1, входы которого соединены с входами цифрового частотного детектора 7, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами блока 11, а третий выход - с входом блока 8 управления, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика 9, второй выход - с установочным входом счетчика 9, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя 10, выходкоторого соединен с информационнымвходом блока 11, выход которого соединен с входом ключа 12, выход которого соединен с вторым входом управляющего элемента 3, а управляющийвход - с третьим выходом блока 8 управления.Блок 8 управления содержит триггер 15, установочный вход которогоподключен к выходу .генератора 13 одиночного импульса, вход - к входнойшине блока 8 и входу элемента 17 запрета, а выход - через элемент 16совпадений к первой выходной шинеблока 8, через инвертор 18 - к второйвыходной шине блока 8 и непосредственно к управляющему входу элемента17 запрета, выход которого подключенк третьей выходной шине блока 8, приэтом второй вход элемента 16 ссвпадений соединен с выходом генератора14 тактовых импульсов. Управляемыйблок 11 нелинейных элементов содержитключи 19 и,20, сигнальные входы которых соединены с информационным входомблока 11, управляющие входы которогоподключены к управляющим входам ключей 19 и 20, выходы которых соединеныс входами нелинейных элементов 21 и22, выход элемента 21 через инвертор23, а выход элемента 22 непосредственно соединены с входами сумматора24, выход которого подключен к выходной шине блока 11. Нелинейные элементы 21 и 22 могут быть выполнены наоснове диодно-резисторных цепей, инвертор 23 и сумматор 24 - на основеоперационных усилителей.Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии частоты подстраиваемого и эталонного генераторовна входе импульсно-фазового детектора 1 не равны. До момента появленияимпульсов разностной частоты на третьем выходе цифрового частотного детектора 7 напряжение на первом и втором выходах блока 8 управления соответствует логическому 0 на третьемвыходе блока 8 управления - логической "1". Ключ 12 замкнут. Состояниесчетчика 9 произвольное и не изменяется благодаря отсутствию на егосчетном входе импульсов тактовой частоты,В момент появления первого импульса разностной частоты напряжение натретьем выходе блока 8 управлениястановится равным нулю, Ключ 12 размыкается, Импульсом с второго выходаблока 8 управления происходит уста 5новка счетчика 9 в нулевое состояние.Этим обеспечивается нулевое напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 10 и соответственно максимальное по абсолютной величине напря Ожение на выходе управляемого блока 11нелинейных элементов. Управление знаком этого напряжения осуществляетсяс помощью сигнала на противофазныхвыходах цифрового частотного детектора 7,На интервале времени между моментами появления первых двух импульсовразностной частоты на счетный входсчетчика 9 поступают импульсы такто Овой частоты с первого выхода блока 8управления. Код счетчика 9 и соответственно напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 10 увеличиваются. 25Благодаря нелинейным характеристикам блоков 21 и 22 в зависимости отзнака начальной расстройки напряжениена выходе управляемого блока 11 нелинейных элементов либо уменьшается, ЗОлибо увеличивается до появления второго импульса разностной частоты.В момент появления второго импульса разностной частоты на третьем выходе цифрового детектора 7 напряжениена первом и втором выходах блока 8управления становится равным нулю,натретьем выходе блока 8 - логической"1"Счет прекращается. Ключ 12 замыкается, соединяя этим вход управля Оющего элемента 3 с выходом управляемого блока 11 нелинейных элементов,включенного в цифровую ветвь управления частотой подстраиваемого генератора 4, Расстройка, вносимая цифровойветвью, пропорциональна величине на-чальной расстройки частот эталонногои подстраиваемого генераторов, Остальная ошибка регулирования кольцачастотной подстройки в момент замыкания ключа 12 близка к нулевой и находится в полосе захвата кольца фазовой автоподстройки. Таким образом, процесс установления частоты в предлагаемом устройстве заканчивается не более, чем за два периода биений частот эталонного и подстраиваемого генераторов. Блок 8 управления работает следующим образом.При включении устройства сигнал с выхода генератора 13 обеспечивает установку триггера 15 в ну.1 евое состояние. Благодаря этому в исходном состоянии напряжение с выхода генератора 14 тактовых импульсов не поступает через элемент 16 совпадения на счетный вход счетчика 9. Логический "О" на входе элемента 17 запрета разрешает прохождение импульсов разностной частоты с выхода цифрового частотного детектора 7. Сигнал на выходе инвертора 18, управляющий работой ключа 12, соответствует логической 1Первый импульс разностной частоты, пройдя через элемент 17 запрета, обеспечивает установку счетчика 9 в нулевое состояние, Одновременно при действии среза этого импульса триггер 15 переходит из нулевого в единичное состояние. Напряжение на выходе инвертора 18 становится равным нулю. Благодаря действию "1" на одном из входов элемента 16 совпадения импульсы с выхода генератора 14 поступают: на счетный вход счетчика 9. Напряжение логической на входе элемента 17 запрета блокирует прохождение следующего импульса разностной частоты.В момент действия среза второго импульса разностной частоты схема возвращается в исходное состояние. Напряжение на входах элементов совпадения 16 и запрета 17 становится равным нулю, а на выходе инвертора 18 логической 1.Управляемый блок 11 нелинейных элементов работает следующим образом.В исходном состоянии в зависимости от знака начальной расстройки генераторов один из ключей 19 и 20 замкнут, другой разомкнут и соответственно нулевое напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя подается на один из нелинейных элементов 21 и 22. Напряжение на его выходе максимальное. При увеличении выходного напряжения цифроаналогового преобразователя напряжение на выходе нелинейных элементов уменьшается.Напряжение с выхода нелинейного элемента 22 подается непосредственно на вход сумматора 24, с выхода нелинейного элемента 21 - через инверторВоспользовавшись (3)-(7), можно рассчитать нелинейную зависимостьР раен = Р 1 (8) где Е - частота .подстраиваемого генератора,55 140511 23, поэтому при увеличений выходногонапряжения цифроаналогового преобразователя 10 напряжение на выходе сум матора 24 либо уменьшается, либо увеличивается в зависимости от знака начальной частотной расстройки эталонного и подстраиваемого генераторов.Аналитические соотношения, необходимые для .расчета характеристики блока 11 нелинейных элементов, имеютследующий вид.Исходные данные: частота эталонно го генератора Г, номинальная частота подстраиваемого генератора Гн м,верхняя частота подстраиваемого генератора Йе; нижняя частота подстраиваемого генератора Гн; регулировочнаяхарактеристика подстраиваемого генеРатора 1 = Р(Б ), где Е - частотаподстраиваемого генератора, Уэ - напряжение на управляющем элементе подстраиваемого генератора,В соответствии с основными этапами расчета характеристики блока нелинейных элементов имеем:Максимальный (Ие), мнмальй (Ин)и номинальный (Ин ) коэффициенты деления делителя с переменным коэффи; циентом деления равны 30ь = е/эг, 1 н = нlфэгПолагаем, что верхняя и нижняячастоты подстраиваемого генераторасимметричны относительно номинальной35частотыЕЕ - м = ном НУчитывая (1) и (2), находим выражениедля разностных частот, измеряемыхцифровым частотным детекторомвражин =эг ном 11 еф (3)Для определения разностных частот,соответствующих промежуточным значениям коэффициента деления И, можновоспользоваться формуламиГ = Г.- Г /И, И ) И,; (5)Частоты подстраиваемого генератора К, соответствующие дискретным значениям коэффициента деления И, находятся с помощью соотношениязг 1107 6 Г- разностная частота эталонного и подстраиваемого генераторов. Учитывая, что в устройстве измеряется период разностной частоты Т - 1/аЭн, ПОЛуЧаЕМ ЗаВИСИМОСтЬт = Р,И). (9)Воспользовавшись зависимостью (9), а также учитывая, что в устройстве напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя (Бцд) пропорционально периоду разностной частоты, имеемП цд = Р(10)Построение характеристики Р(Б ,о) управляемого блока 11 нелинейных элементов производится путем построения характеристик для каждого из нелинейных элементов 21 и 22 с учетом инвертора 23 по известной регулировочной характеристике подстраиваемого генератора Х = Р(Б ) и характеристике (10) таким образом, чтобы обеспечитн для каждой из возможных частот подстраиваемого генератора в диапазоне от Й 8 до Г следующие соотношения .ПцявР = Пзэ ном Пцэ еномПцдпР 6=Пуэном + Пэ ннам Р 5 (Пцдй ) э Жцд и ) - характеристики блоков нелинейных элементов 21 и 22, Пз ном напряжение на управляющем элементе, соответствующее номинальной частоте подстраиваемого генератора. Тогда характеристика управляемого блока 11 нелинейных элементов имеет следующий видР(ПО,Ап ) еном в Р 1("цдп ) (11)нномГраФическое задание нелинейной функции (11) позволяет воспользоваться методом кусочно-линейной аппроксимации при практической реализации блока нелинейных элементов. Технически кусочно-линейная аппроксимация осуществляется при помощи цепей, состоящих из нескольких диодно-резисторных звеньев. Характеристика каждого звена представляется ломаной линией с одним изломом. Звено состоит из одного несимметричного нелинейного элемента - вентиля и источника опорной ЭДС. Когда входное напряжение становится больше или меньше соответствующей опорной величины, через вентиль14051возникает или исчезает ток и соответственно меняется наклон рабочей частихарактеристики.Таким образом, введение новых элементов и связей в устройство для частотно-фазовой автоподстройки существенно уменьшило число интервалов регулирования, каждый из которых равен периоду биений эталонного и подстраи О ваемого генераторов, что позволило увеличить быстродействие устройств формирования стабильной сетки опорных частот при условии перехода с одной частоты на другую. 15Формула изобретения1 Устройство для частотно-фазовой автоподстройки, содержащее соединенные последовательно шину эталонной частоты, импульсно-фазовый детектор, фильтр нижних частот, управляющий элемент и подстраиваемый генератор, выход которого соединен с выходной 25 шиной и через соединенные последовательно делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления и делитель частоты с переменным коэффициентом деления - с вторым входом импульсно- фазового детектора, входы которого с соединены с входами цифрового частотного детектора, а также соединенные последовательно счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены блок управления и соединенные последовательно управляемый блок нелинейных элементов и . ключ, причем первые два выхода цифрового частотного детектора подключены к управляющим входам управляемого блока нелинейных элементов, информационный вход которого соединен с выо 8ходом цифроаналогового преобразователя, а третий выход цифрового частотного детектора соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, второй выход - с установочным входом счетчика импульсов, а третий выход - с управляющим входом ключа, выход которого соединен с вторым входом управляющего элемента,2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управления содержит триггер, установочный вход которого подключен к выходу генератора одиночного импульса, вход - к входной шине блока управления и входу элемента запрета, а выход через элемент совпадения - к первой выходной шине блока управления, через инвертор - к второй выходной шине блока уйравления и непосредственно к управляющему входу элемента запрета, выход которого подключен к третьей выходной шине блока управления, при этом второй вход элемента совпадения соединен с выходом генератора тактовых импульсов.3, Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что управляемый блок нелинейных элементов содержит два ключа, сигнальные входы которых соединены с информационным входом управляемого блока нелинейных элементов, управляющие входы которого подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответст" венно выходы которых соединены с входами первого и второго нелинейных элементов, выходы которых (первого - через инвертор, а второго непосредственно) соединены с входами сумматора, выход которого подключен к выходной шине управляемого блока нелинейных элементов.Редактор В.Данк Тираж 928 ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, ЖЕ,Борзвчук нного тений открытк аушская Корректор О, Кравцоваф м Ы Подписноетета СССР