Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра РТС
РЕФЕРАТ
На тему:
"Аналого-цифрова стежить система. Цифрові тимчасові фазові дискримінатори"
МІНСЬК, 2008
Розглянемо переваги і недоліки цифрових систем.
До достоїнств можна віднести високу технологічність налаштування, високу надійність, можливість реалізації оптимальних алгоритмів обробки, досить низьку вартість, гарантовану точність, стабільність параметрів.
Недоліки цифрових систем пов'язані з дискретизацією за часом і квантування за рівнем, що призводить до виникнення шумів квантування.
Функціональна схема цифрової системи представлена на рис.1.
Рис.1. Функціональна схема цифрової системи, що стежить:
ЦД - цифровий дискримінатор; ЦФ - цифровий фільтр; ЦГОС - цифровий генератор опорного сигналу.
Цифрові системи радіоавтоматики класифікують за тими ж ознаками, що й аналогові системи. Додатковим ознакою класифікації є місце аналого-цифрового перетворення. Розрізняють системи, в яких АЦП виробляється поза контуром регулювання і усередині його. У першому випадку на дискримінатор надходять цифрові сигнали, у другому - аналогові, при цьому в дискримінаторі проводиться аналого-цифрове перетворення і на виході дискримінатора формується цифровий сигнал.
Рис.2. Функціональна схема аналого-цифровий стежить системи.
Функціональна схема аналого-цифровий стежить системи наведена на рис.2.
Фільтр Ф обмежує ширину спектру сигналу на виході дискримінатора, що необхідно для подальшого аналого-цифрового перетворення. Основна фільтрація здійснюється цифровим фільтром ЦФ, який дозволяє забезпечити ідеальне інтегрування, реалізувати оптимальні алгоритми фільтрації. Розглянемо функції АЦП.
АЦП призначений для перетворення напруги, пропорційного сигналу помилки, в цифровий код. АЦП виконує дві операції:
дискретизацію за часом, при цьому U (t) - безперервна функція перетворюється в дискретну функцію U (kT); квантування за рівнем:
де ΔUкв - дискрет квантування за рівнем; n - число, відповідне даному рівню.
Операція квантування за рівнем і заміна квантованного напруги кодом, може бути представлена як нелінійна операція (рис.3)
Рис.3.
Цифровий фільтр ЦФ перетворює послідовність чисел, що надходить на вхід
де W (c) - операторний коефіцієнт передачі цифрового фільтра;
n (kT) - перетворена послідовність чисел;
ЦАП здійснює перетворення коду в напругу
де ΔU - крок перетворення, визначає збільшення напруги на виході при зміні коду на одиницю; h (t - kT) - імпульсна характеристика фіксатора.
Якщо застосовується фіксатор нульового порядку то
Процес цифро-аналогового перетворення можна розділити на дві операції:
формування послідовності δ-функцій, модульованих вхідним числом;
подача цих модульованих δ-функцій на фільтр, реакцією якого є імпульсна характеристика (вагова функція).
Всі інші елементи системи функціонують аналогічно безперервної системі.
Структурна схема аналого-цифровий стежить системи наведена на рис.4.
Рис.4. Структурна схема аналого-цифровий стежить системи.
Цифрові тимчасові дискримінатори
При аналого-цифровому перетворенні всередині контуру регулювання знаходить застосування схема (мал. 5).
Рис.5. Схема тимчасового дискримінатора.
Тимчасові діаграми роботи схеми наведені на Рис.6.
Рис.6. Тимчасові діаграми функціонування дискримінатора.
Якщо тимчасова помилка спостереження дорівнює нулю, то імпульси 4 і 5 будуть рівної тривалості. Величина помилки пропорційна різниці тривалостей імпульсів 4 і 5. Для перетворення помилки в код використовується генератор рахункових імпульсів ГСИ, формуючий частоту заповнення. На виході реверсивного лічильника формується код, пропорційний різниці тривалостей 4 і 5, тобто величині помилки стеження.
Схема, що використовується при аналого-цифровому перетворенні поза контуром регулювання, наведена на рис.7.
Рис.7. Схема дискримінатора при аналого-цифровому перетворенні поза контуром регулювання: Uз - імпульс запуску, прив'язаний за часом до випромінюваному сигналу; Uу - імпульс приймача.
Перед початком вимірювання в лічильник заноситься оцінка затримки, формована у фільтрі (n1). Лічильник обчислює різницю
де
Затриманим імпульсом, прив'язаним до сигналу приймача, проводиться зчитування числа n і запис нового значення n1. Еквівалентна схема наведена на ріс.10.8.
Рис.8. Еквівалентна схема дискримінатора.
Фазовий дискримінатор (рис.9) реалізований на схемі суматора за модулем два. Тимчасові діаграми, що пояснюють принцип формування дискримінаційної характеристики, представлені на рис.10.
Рис.9. Схема цифрового фазового дискримінатора.
Рис.10. Тимчасові діаграми роботи дискримінатора.
Усталеному (синфазному) режиму відповідає постійне фазовий неузгодженість між вхідним і опорним сигналами, рівне
Еквівалентна схема наведена на рис.11. Схема складається з двох послідовно включених ланок: дискретного елемента ДЕ і нелінійного ланки з характеристикою n (
Рис.11. Еквівалентна схема цифрового фазового дискримінатора
Схема і тимчасові діаграми дискримінатора, формуючого характеристику релейного типу, наведені на рис.12.
Рис.12. Схема і тимчасові діаграми функціонування цифрового фазового дискримінатора релейного типу.
Сигнал з виходу квантователя надходить на елементи "І" безпосередньо і через інвертор. На інші входи елементів "І" подається послідовність коротких імпульсів, наступних з частотою сигналу. У залежності від знаку неузгодженості фази між вхідним і опорним напругами на відповідний елемент І подається високий рівень напруги і на його вихід проходять імпульси опорного сигналу.
Формуючи релейну характеристику (рис.13), дискримінатор визначає тільки знак фазової неузгодженості.
Рис.13. Характеристика дискримінатора релейного типу.
Схема дискримінатора, наведена на рис.14 може використовуватися в системах тактової синхронізації для формування сигналу тактової частоти з мета визначення меж елементарних посилок цифрового двійкового сигналу.
Рис.14. Схема і тимчасові діаграми функціонування дискримінатора для системи тактової синхронізації.
За допомогою тригера Т1 регенерується вхідний сигнал методом стробування. У синфазном режимі стробирование відповідає середині елементарної імпульсної посилки. Інформація з Т1 записується в Т2, таким чином, на виході Т1 і Т2 ми маємо 2 імпульсних потоку зсунутих на полтакта. За допомогою схем суматорів за модулем два визначається фазовий неузгодженість (епюри 6,7), конвертувати в лічильно-імпульсний код, що надходить на реверсивний лічильник.
2. Радіоавтоматики: Учеб. посібник для вузів. / Под ред. В.А. Бесекерскій. - М.: Вищ. шк., 2005.
3. . Первак С.В. Радіоавтоматики: Підручник для вузів. - М.: Радіо і зв'язок, 2002.
4. Цифрові системи фазової синхронізації / Под ред. М.І. Жодзішского - М.: Радіо, 2000.
Кафедра РТС
РЕФЕРАТ
На тему:
"Аналого-цифрова стежить система. Цифрові тимчасові фазові дискримінатори"
МІНСЬК, 2008
Характеристика цифрових систем
У цифрових системах радіоавтоматики обробка сигналів здійснюється цифровими методами, а їх реалізація - на елементах цифрової схемотехніки.Розглянемо переваги і недоліки цифрових систем.
До достоїнств можна віднести високу технологічність налаштування, високу надійність, можливість реалізації оптимальних алгоритмів обробки, досить низьку вартість, гарантовану точність, стабільність параметрів.
Недоліки цифрових систем пов'язані з дискретизацією за часом і квантування за рівнем, що призводить до виникнення шумів квантування.
Функціональна схема цифрової системи представлена на рис.1.
Рис.1. Функціональна схема цифрової системи, що стежить:
ЦД - цифровий дискримінатор; ЦФ - цифровий фільтр; ЦГОС - цифровий генератор опорного сигналу.
Цифрові системи радіоавтоматики класифікують за тими ж ознаками, що й аналогові системи. Додатковим ознакою класифікації є місце аналого-цифрового перетворення. Розрізняють системи, в яких АЦП виробляється поза контуром регулювання і усередині його. У першому випадку на дискримінатор надходять цифрові сигнали, у другому - аналогові, при цьому в дискримінаторі проводиться аналого-цифрове перетворення і на виході дискримінатора формується цифровий сигнал.
Аналого-цифрова стежить система
Рис.2. Функціональна схема аналого-цифровий стежить системи.
Функціональна схема аналого-цифровий стежить системи наведена на рис.2.
Фільтр Ф обмежує ширину спектру сигналу на виході дискримінатора, що необхідно для подальшого аналого-цифрового перетворення. Основна фільтрація здійснюється цифровим фільтром ЦФ, який дозволяє забезпечити ідеальне інтегрування, реалізувати оптимальні алгоритми фільтрації. Розглянемо функції АЦП.
АЦП призначений для перетворення напруги, пропорційного сигналу помилки, в цифровий код. АЦП виконує дві операції:
дискретизацію за часом, при цьому U (t) - безперервна функція перетворюється в дискретну функцію U (kT); квантування за рівнем:
де ΔUкв - дискрет квантування за рівнем; n - число, відповідне даному рівню.
Операція квантування за рівнем і заміна квантованного напруги кодом, може бути представлена як нелінійна операція (рис.3)
Рис.3.
Цифровий фільтр ЦФ перетворює послідовність чисел, що надходить на вхід
де W (c) - операторний коефіцієнт передачі цифрового фільтра;
n (kT) - перетворена послідовність чисел;
ЦАП здійснює перетворення коду в напругу
де ΔU - крок перетворення, визначає збільшення напруги на виході при зміні коду на одиницю; h (t - kT) - імпульсна характеристика фіксатора.
Якщо застосовується фіксатор нульового порядку то
Процес цифро-аналогового перетворення можна розділити на дві операції:
формування послідовності δ-функцій, модульованих вхідним числом;
подача цих модульованих δ-функцій на фільтр, реакцією якого є імпульсна характеристика (вагова функція).
Всі інші елементи системи функціонують аналогічно безперервної системі.
Структурна схема аналого-цифровий стежить системи наведена на рис.4.
Рис.4. Структурна схема аналого-цифровий стежить системи.
Цифрові тимчасові дискримінатори
При аналого-цифровому перетворенні всередині контуру регулювання знаходить застосування схема (мал. 5).
Рис.5. Схема тимчасового дискримінатора.
Тимчасові діаграми роботи схеми наведені на Рис.6.
Рис.6. Тимчасові діаграми функціонування дискримінатора.
Якщо тимчасова помилка спостереження дорівнює нулю, то імпульси 4 і 5 будуть рівної тривалості. Величина помилки пропорційна різниці тривалостей імпульсів 4 і 5. Для перетворення помилки в код використовується генератор рахункових імпульсів ГСИ, формуючий частоту заповнення. На виході реверсивного лічильника формується код, пропорційний різниці тривалостей 4 і 5, тобто величині помилки стеження.
Схема, що використовується при аналого-цифровому перетворенні поза контуром регулювання, наведена на рис.7.
Рис.7. Схема дискримінатора при аналого-цифровому перетворенні поза контуром регулювання: Uз - імпульс запуску, прив'язаний за часом до випромінюваному сигналу; Uу - імпульс приймача.
Перед початком вимірювання в лічильник заноситься оцінка затримки, формована у фільтрі (n1). Лічильник обчислює різницю
де
Затриманим імпульсом, прив'язаним до сигналу приймача, проводиться зчитування числа n і запис нового значення n1. Еквівалентна схема наведена на ріс.10.8.
Рис.8. Еквівалентна схема дискримінатора.
Цифрові фазові дискримінатори
З достатньо великої кількості існуючих схем цифрових фазових дискримінаторів познайомимося з двома схемами, формують дискримінаційні характеристики трикутної і релейного форми.Фазовий дискримінатор (рис.9) реалізований на схемі суматора за модулем два. Тимчасові діаграми, що пояснюють принцип формування дискримінаційної характеристики, представлені на рис.10.
Рис.9. Схема цифрового фазового дискримінатора.
Рис.10. Тимчасові діаграми роботи дискримінатора.
Усталеному (синфазному) режиму відповідає постійне фазовий неузгодженість між вхідним і опорним сигналами, рівне
Еквівалентна схема наведена на рис.11. Схема складається з двох послідовно включених ланок: дискретного елемента ДЕ і нелінійного ланки з характеристикою n (
Рис.11. Еквівалентна схема цифрового фазового дискримінатора
Схема і тимчасові діаграми дискримінатора, формуючого характеристику релейного типу, наведені на рис.12.
Рис.12. Схема і тимчасові діаграми функціонування цифрового фазового дискримінатора релейного типу.
Сигнал з виходу квантователя надходить на елементи "І" безпосередньо і через інвертор. На інші входи елементів "І" подається послідовність коротких імпульсів, наступних з частотою сигналу. У залежності від знаку неузгодженості фази між вхідним і опорним напругами на відповідний елемент І подається високий рівень напруги і на його вихід проходять імпульси опорного сигналу.
Формуючи релейну характеристику (рис.13), дискримінатор визначає тільки знак фазової неузгодженості.
Рис.13. Характеристика дискримінатора релейного типу.
Схема дискримінатора, наведена на рис.14 може використовуватися в системах тактової синхронізації для формування сигналу тактової частоти з мета визначення меж елементарних посилок цифрового двійкового сигналу.
Рис.14. Схема і тимчасові діаграми функціонування дискримінатора для системи тактової синхронізації.
За допомогою тригера Т1 регенерується вхідний сигнал методом стробування. У синфазном режимі стробирование відповідає середині елементарної імпульсної посилки. Інформація з Т1 записується в Т2, таким чином, на виході Т1 і Т2 ми маємо 2 імпульсних потоку зсунутих на полтакта. За допомогою схем суматорів за модулем два визначається фазовий неузгодженість (епюри 6,7), конвертувати в лічильно-імпульсний код, що надходить на реверсивний лічильник.
ЛІТЕРАТУРА
1. Коновалов. Г.Ф. Радіоавтоматики: Підручник для вузів. - М.: Вищ. шк., 2000.2. Радіоавтоматики: Учеб. посібник для вузів. / Под ред. В.А. Бесекерскій. - М.: Вищ. шк., 2005.
3. . Первак С.В. Радіоавтоматики: Підручник для вузів. - М.: Радіо і зв'язок, 2002.
4. Цифрові системи фазової синхронізації / Под ред. М.І. Жодзішского - М.: Радіо, 2000.