Цифрові системи радіоавтоматики Приклади реалізації цифрових систем, що стежать

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра РТС
РЕФЕРАТ
На тему:
"Цифрові системи радіоавтоматики.
Приклади реалізації цифрових систем, що стежать "
МІНСЬК, 2008

Цифровий опорний генератор на лінії затримки з відводами. Розглянуті вище схеми опорних генераторів вимагають для забезпечення необхідного (досить малого) дискрета підстроювання, що визначає точність спостереження, щоб частота задає генератора істотно перевищувала частоту вхідного сигналу. Це обмежує застосування схеми при високій частоті вхідного сигналу, внаслідок обмеженого швидкодії елементної бази. Нижче розглядаються схеми опорних генераторів, що дозволяють розширити частотний діапазон застосування.
Опорний генератор на лінії затримки з відводами (рис.1) забезпечує формування опорного сигналу з частотою, рівною частоті задає генератора.

Рис.1. Параметри лінії затримки визначаються співвідношеннями:
;

Дискрет підстроювання фази дорівнює .
На виходах лінії затримки формується багатофазна імпульсна послідовність (рис.2).

Рис.2. Багатофазна імпульсна послідовність
Мультиплексор комутує імпульсну послідовність у відповідності з адресою, що надійшли з реверсивного лічильника. Схема прив'язки забезпечує прив'язку моменту зміни показань лічильника до вихідного сигналу (для запобігання їх збігу).
В аналізованій схемою затримка формується за законом унітарного коду.
Розглянемо схему, в якій формування затримки проводиться за принципом позиційної системи числення. Величина дискрета затримки у розрядах (вага розряду) визначається положенням розряду, а кількість дискретом затримки в розряді - Вибраним підставою (базисом).
Нехай = ,
де вибраний базис системи числення; n ─ число розрядів позиційного коду. Сумарна затримка ( - ) Може бути набрана за допомогою послідовно включених n ліній затримки. Дискрет затримки кожної наступної лінії зростає пропорційно вибраному базису . Дискрет корекції фази опорного сигналу визначається величиною дискрета затримки першої лінії, що утворює молодший розряд. Затримка першої лінії дорівнює . Дискрет затримки другої лінії ─ а сумарна затримка ─ і т.д. Дискрет затримки n-ї лінії дорівнює , А сумарна величина затримки ─ Необхідна величина відносної нестабільності лінії затримки становить
Схема дискретного фазовращателя наведена на рис.3.
Генератор, що задає генерує сигнал стабільної частоти. За допомогою елементів затримки і перемикачів виробляється затримка сигналу генератора, що задає за законом керуючого коду. В якості перемикачів можуть бути використані елементи 2І-АБО. Реверсивний лічильник, призначений для формування керуючого коду. Запам'ятовуючі пристрої забезпечує зберігання керуючого коду і прив'язку моментів його зміни до вихідних сигналах елементів затримки, що виключає можливість перемикання входів і виходів елементів затримки в момент присутності на входах перемикачів сигналів.
Дискрет підстроювання фази керованого сигналу дорівнює 2 / . Обсяг обладнання, необхідний для побудови цифрового фазовращателя, визначається в основному числом відводів, які є входами мультиплексорів. Число входів визначає складність мультиплексорів, коефіцієнти перерахунку лічильників, формують керуючий код. Відповідно до цього критерію оптимальним є дискретний фазовращатель з лінією затримки сформованої за принципом формування двійкового коду.


Рис.3. Функціональна схема дискретного фазовращателя:
Зг - генератор, що задає; Ез1, ..., Езn - елементи задаржкі; П1, ..., Пn - перемикачі; РС - реверсивний лічильник; ЗУ - запам'ятовуючий пристрій.
Розглянуті технічні рішення забезпечують роботу генератора, що задає на частоті вхідного сигналу, що дозволяє істотно розширити частотний діапазон застосування ЦСФС. Однак для реалізації систем необхідна наявність ліній затримки з широким переліком номіналів. Використання аналогових ліній затримки, крім того вимагає застосування схем узгодження з входами цифрових елементів.
Формування опорного сигналу методом тимчасової трансформації. Розглянемо сутність методу, иллюстрируемого схемою (рис.4)

Рис.4. Схема опорного генератора: ЗГ - генератор, що задає; УСІ - пристрій додавання-виключення; Справ - дільник; ГОС 1, ГОС 2 - генератори опорного сигналу; АБО - логічний елемент.
З високостабільного сигналу задає генератора ЗГ розподілом його частоти формується керований синхросигнал, яким періодично фазуються комутовані генератори опорного сигналу (ДОС). Фаза керованого сигналу коригується з допомогою УДВ. Як ГОС використовуються генератори ударного збудження, запуск яких проводиться по зрізу керованого синхросигналу, а гасіння коливань - по фронту. ГОС генерує сигнал при наявності на керуючому вході рівня логічного нуля.
Частоти опорного сигналу (ОС) і сигналу генератора, що задає визначаються одним з наступних співвідношень:
(1)
або
, (2)
гдеm>> 1, число, що визначає величину дискрета підстроювання. Нехай співвідношення частот і визначаються виразом
= або = , (3)
де ─ період сигналу ЗГ; ─ період ОС.
Період регулювання формується шляхом ділення імпульсної последовательностизадающего генератора на 2m. При цьому період синхросигналу за відсутності корекції дорівнює , А період регулювання ГОС - , Т. е.
(4)
Таким чином, період синхросигналу дорівнює цілому числу (m) періодів сигналу ЗГ і цілого числа ( ) Періодів ОС.
Тому за відсутності імпульсів корекції на вході УСІ періодичне фазування ГОС синхросигналом не призведе до розриву фази опорного сигналу.
Додавання за допомогою УСІ імпульсу корекції в послідовність, що формується ЗГ, призведе до зменшення періоду регулювання на величину :
. (5)
зменшення в одиницях періоду ГОС складе:
(6)
Оскільки фаза ОС жорстко "прив'язана" до фронту синхросигналу, то зміна періоду проходження останньої на величину призведе до зсуву на випередження тимчасового положення фронту синхросигналу щодо нульової фази ОС, з періодичності ОС на величину:

що відповідає зрушенню по фазі опорного сигналу на дискрет, рівний
.
Віднімання імпульсу з послідовності ЗГ призведе до збільшення періоду регулювання на :

що призведе до зсуву на відставання тимчасового положення фронту синхросигналу щодо нульової фази ОС на величину
-
що відповідає зрушенню по фазі опорного сигналу на дискрет, рівний
.
Як фазіруемих ГОС можуть бути використані генератори ударного збудження, по черзі комутовані синхросигналом, генератори прямокутних імпульсів, в тому числі генератори релаксаційного типу. Необхідність фазирования зовнішнім сигналом, забезпечення малої тривалості перехідних процесів, простоти реалізації припускають використання ГОС з невисокими вимогами до їх стабільності.
Вимоги до стабільності частоти генераторів. Визначимо вимоги до стабільності ДЕРЖ.
Нехай визначається виразом 5. Тоді на тимчасовому інтервалі, рівному ГОС працює в режимі вільних коливань. При цьому "набіг" фази ОС щодо ЗГ обумовлений взаємної нестабільністю частот і зростає за лінійним законом.
Періодична функція може бути визначена наступним чином:
, При , (7)
де - Взаємна нестабільність частот і . При високій стабільності генератора, що задає величина визначає відносну нестабільність ДЕРЖ.
Максимальний набіг фази на інтервалі періоду регулювання складе величину

Середнє значення процесу і дисперсію знайдемо усередненням за часом.
; (8)
. (9)
Середньоквадратичне відхилення "набігу" фази:
. (10)
Максимальне відхилення щодо середнього значення одно

Таким чином, максимальне відхилення набігу фази відносно середнього значення одно

Інтенсивність флуктуацій фази відносно середнього значення за відсутності шумів на вході визначає помилку синхронізації в системі, побудованої на основі аналізованого цифрового керованого генератора, оскільки в стаціонарному режимі система відстежує середнє значення.
Відомо, що максимальна помилка синхронізації ЦСФС, обумовлена ​​дискретністю корекції фази у відсутність шумів на вході дорівнює величині дискрета підстроювання фази (2 ).
Прийнявши величину за максимально допустиме відхилення щодо середнього значення:
/ M,
визначимо допустиму нестабільність частоти ГОС
,
де - Відносна нестабільність частот ЗГ і ГОС.
Виконання цієї умови дозволить при розрахунку динамічної помилки стеження враховувати нестабільність задає генератора.
Розрахункові величини відносної нестабільності представлені в табл.1. Виконання цієї умови дозволить у формулі для розрахунку динамічної помилки стеження враховувати нестабільність задає генератора.
Результати розрахунку показують, що прийнятна точність може бути досягнута при відносній нестабільності , Що може бути забезпечено при використанні LC-генераторів.
Якщо частота еталонного сигналу менше граничної частоти перемикання елементної бази, цифровий керований генератор може бути виконаний за комбінованою схемою з використанням дільника. При цьому збільшенням дискрета підстроювання знижуються вимоги до стабільності ДЕРЖ. Для збереження заданої величини дискрета підстроювання пропорційно збільшується частота ЗГ і ГОС і проводиться подальше розподіл опорного сигналу до частоти еталонного.
Таким чином, використання методу тимчасової трансформації дозволяє значно (в десятки разів) розширити частотний діапазон роботи ЦСФС.
Таблиця 1. Залежність допустимих значень відносної нестабільності синхронізуються генераторів від величини дискрета підстроювання по фазі.

№ п / п
1		3 * 10-5
2		2 * 10-4
3		4,8 * 10-4
4		1,9 * 10-3

Приклади реалізації цифрових систем, що стежать
В якості прикладів розглянемо схеми цифрових систем ФАПЧ з астатизмом другого порядку, що реалізують методи дискретного управління фазою та дискретного управління частотою.
Схема ЦФАПЧ з дискретним керуванням фазою наведена на рис.5.

Рис.5. Схема ФАПЧ з дискретним керуванням фазою.
Система складається з двох кілець регулювання: пропорційного та інтегруючого, Інтегруюче включає реверсивні лічильники РСч1 і РСч2 і перетворювач код-частота. Расстройка між частотою вхідного і опорного сигналів призводить до переваги імпульсів лічильно - імпульсного коду на одному з виходів ЦФД. У результаті цього реверсивний лічильник УУ буде переповнюватися по одному з входів і на вхід інтегратора РСч1, РСч2 будуть надходити імпульси переповнення. У інтеграторі накопичиться код, пропорційний частотної розладі. Цей код є керуючим для перетворювача код-частота. У результаті на виході ПКЧ сформується послідовність імпульсів з постійною частотою, пропорційною частотної розладі. Імульсій надходять на УСІ і здійснюють корекцію частоти опорного сигналу, рівну в усталеному режимі первісної частотної розладі. Як ПКЧ може бути використаний цифровий синтезатор частот з підсумовуванням імпульсних послідовностей (рис.6).

Рис.6. Схема цифрового синтезатора частот з підсумовуванням імпульних послідовностей: ДЦ - дифференцирующая ланцюг.
Цифрова схема ФАПЧ з дискретним керуванням частотою наведена на рис.7.


Рис.7. Схема ФАПЧ з дискретним керуванням частотою
Суматор кодів містить повний код частоти, який управляє частотою цифрового синтезатора частоти. Реверсивний лічильник 2 постійно підключений до сумматору кодів, а РС 3 періодично підключається до сумматору та його код переписується в суматор, а потім скидається (запис і скидання проводиться імпульсом з дільника).
Таким чином, інформація РС 3 оновлюється кожний період (з частотою регулювання ). Суматор кодів повинен володіти пам'яттю, тобто є суматором нагромаджуючого типу.

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.