ФАЗОВА

СИСТЕМА за ФАЗОВА АВТОМАТИЧНА ДОНАСТРОЙКА на ЧЕСТОТАТА ФАДЧ СИНТЕЗАТОРИ на ЧЕСТОТИ

Съдържание Блокова схема на ФАДЧ Схема на управляем генератор Детектиране на ъгловомодулирани сигнали със система за ФАДЧ Честотен модулатор Честотни филтри и умножител на честота Преобразуване на честотата с фазово донастройване и Квадратурна модулация с фазово автоматично донастройване. Демодулиране на ъглово манипулирани сигнали Амплитуден демодулатор със система за ФАДЧ Амплитуден детектор с една схема за ФАДЧ Блокова схема на доплеров локатор Схема на синтезатор на честота с един делител Блокова схема на синтезатор с дробен коефициент на деление Интегрална схема с възможност за реализиране на двукоефициентно предварително деление на честотата на К и К+1

Блокова Схема ФАДЧ Обяснения и Формули Графика

Характеристика на НЧФ Подробно описание

Схема на управляем генератор Описание

Детектиране на ъгловомодулирани сигнали със система за ФАДЧ • Разработени са и се предлагат от фирмите - производителки интегрални схеми на системи за ФАДЧ, работещи в твърде широк честотен обхват. Единият тип от тях например са предназначени за устройства, чиито сигнали са в обхвата от 0,01 Hz до 3MHz. Това са нискочестотните системи за ФАДЧ. Високочестотните са в обхвата от (1-3) MHz до десетки мегахерци. Фазовият им детектор представлява диференциален аналогов умножител на двата сигнала. За всяко изменение Δφ uф(t) се изменя, променяйки честотата fгдо изравняването й с fс и ликвидирането на фазовата разлика. При ъглова модулация информацията е кодирана в промяна на честотата. Следователно изменението на u ф(t) е всъщност демодулираният сигнал. Това показва, че с помощта на интегралната схема на системата за ФАДЧ се осъществява честотна или фазова демодулация без използуването на индуктивности. • Когато честотната девиация на ЧМ или ФМ сигнали +-Δfм е по-малка от лентата на захващане, т.е.+-Δfз>Δf м, може да се осъществи линейна ЧМ или ФМ детекция. Изходният сигнал ще се вземе след НЧФ на фиг. 1.1. Необохдимо е междинната честота на приемника да бъде равна на централната честота на управляемия генератор f. Към схемата

Честотен модулатор При използването на системата за ФАДЧ в качеството й на честотен модулатор модулиращия сигнал uвх(t) се подава на входа на УГ, както е показано на фигурата, а модулирания се снема от изхода на УГ. По този начин собствен модулатор се явява УГ, а системата за ФАДЧ задава различна честота, определяща опорната (управляващата) честота на входа на ФД. Освен това, системата предоставя филтрация на модулиращия сигнал , определящ избраните параметри на предавателната функция.

Честотни филтри и умножител на честота Описание честотни филтри Описание умножител на честота

Преобразуване на честотата с фазово донастройване и Квадратурна модулация с фазово автоматично донастройване. Описание

Демодулиране на ъглово манипулирани сигнали Чрез системата за фазова автоматична донастройка на честотата (ФАДЧ) са изградени всички съвременни модеми в телекомуникациите и комуникационните мрежи. Блоковата схема на модем е дадена на фигурата горе. Сигналът съответстващ на фазата се получава след НЧФ на системата за ФАДЧ. Той се формира в правоъгълни импулси. При честотна манипулация влиянието на шумовете е по-слабо поради принципа на работа на формираните импулси. Те са по-близо по продължителност до тези на модулиращата кодова комбинация.

Амплитуден демодулатор със система за ФАДЧ Описание Графика

Амплитуден детектор с една схема за ФАДЧ Описание Графика

Блокова схема на доплеров локатор

Схема на синтезатор на честота с един делител Описание

Блокова схема на синтезатор с дробен коефициент на деление Описание

Интегрална схема с възможност за реализиране на двукоефициентно предварително деление на честотата на К и К+1 След избиране на даден Коефициент R , той се шифрира. Дава възможност за реализиране на двукоефициентно предварително деление на честотата на К и К+1. Фазовия детектор трябва да открива разликата между фазите (респективно честотите) на сигналите с честота f1и тези с честота f2, получени на изхода на системата от делители. От управляващата логическа схема се подава сигнал, който задава на предварителния делител коефициент (К+1). Тогава започват да работят делителите на S и на L в режим на изваждане. След S – такта делителя на S се нулира и се подава сигнал към управляващата логическа схема и тя привежда предварителния делител в състояние, съответстващо на коефициент К. Тъй като сигналите от предварителния делител постъпват едновременно на двата делителя, в момента на преминаване към коефициент К в делителя на L ще има остатък L-S. След (L-S) такта делителя на L се нулира и управляващата логическа схема ще приведе предварителния делител отново в състояние за делене с коефициент К+1. В делителите на S и L отново се зареждат коефициентите на деление , зададени с програмата. Чрез тази схема се програмират коефициентите на деление към делителите на L и S.

Фазов Детектор • Обичайно под ФД , както и под детектор от всякакъв вид , се разбира елемент , съставен от две части – детектираща (откриваща) и филтърна. При изграждането на една система за ФАДЧ в качеството си на ФД се използва нейната първа детектираща част , а филтърната част се разглежда като елемент на системата. Входния сигнал на ФД съдържа полезната съставна , пропорционално или почти пропорционално ( в зависимост от типа на ФД) като се открива разликата между фазите , а високочестотната съставна се проявява във вид на пулсации и подлежи обикновено на филтрация. Покажи / Скрии информация Към схемата

Управляем Генератор • Управляемият генератор може да се реализира като интегрална схема на мултивибратор с управление на честотата чрез промяна на напрежението в точка А. Кондензаторите се включват като външни елементи, определящи работната честотаfго. Фазовият детектор работи с първата хармонична на правоъгълните сигнали, генерирани от мултивибратора.НЧФ се проектира така, че да пропусне с необходимия кофициент на предаване разликата fс – fг, но да има голямо затихване на честотата 2fс или fс иfг. Покажи / Скрии информация Към схемата

Нискочестотен филтър Приложението на филтъра в системата за ФАДЧ изменя динамичните свойства на системата. Полиномът на системата (многочлен в знаменателя на предавателната функция) определя порядъка на системата , вида на апроксимацията и честотния диапазон на филтрациите , а члена или многочлена в числителя определя вида на филтрациите ( с ниски или високи честоти или полюсна филтрация) и коефициента на предаване. Покажи / Скрии информация Към схемата

Показана блоковата схема на система за ФАДЧ, реализираща посочения принцип. Приема се, че единият сигнал uс(t) е входен за системата. Както ще бъде подчертано при синтезаторите на честоти, които като генераторите са системи без вход, там няма входен сигнал, а сигнал от кварцово стабилизиран генератор. По отношение на системата за ФАДЧ обaчe той е входен сигнал със стабилна честота, към който трябва да се “привърже”, синхронизира управляемия генератор. Входният сигнал uс(t) и сигналът от управлаемия генератор (УГ) uг(t), които са с еднаква честота, постъпват на двата входа на фазов детектор (ФД). При появата на фазова разлика между двата сигнала: φ= φс – φг, φс е фазата на входния сигнал φг - фазата на сигнала от генератора Филтърът е свързан с генератор, който може да бъде управляван с ток (ГУТ) или напрежение (ГУН). Фазовият детектор в съвременните интегрални схеми представлява умножител на две аналогови напрежения. Към схемата

Регулировъчна характеристика на ФАДЧ Към схемата

uд(t) = UсUг [sin (ωгt + φ )] . sin ωсt . (1.9) Ще бъдат разгледани двата характерни случая – когато е установено и когато не е установено захващане. Преди да е установено захващането, честотите се различават: ωс≠ ωг.Не може да се говори за фазова разлика. Като се приеме в (1.9), че φ = 0 , и се направят тригонометричните преобразувания, се получава: uд(t) = UсUг/2 [ cos (ωс- ωг).t – cos (ωс+ωг).t ] .(1.10) След НЧФ с предaвателна функцияKф(ω) високочестотната съставка (ωс+ωг) ще бъде премахната. Тогава uф(t) = Kф(ω) UсUгcos (ωс- ωг)t . (1.11) Напрежениетоuф(t)управлява честотата на генератора. Докато разликата между fс и fге много голяма, изходният ток на НЧФ е нищожно малък, тъй като разликовата му честота е в лентата на непропускане. С намаляване на разликата косинусоидалната функцията нараства и при една стойност на fс= fго+-Δf , (1.12) става захващането, при което fс= fг.Тогава сa в сила други зависимости, в които е отразено влиянието на фазовата разлика между двете равни честоти.В описването на процеса на захващането на честотите беше разгледано влиянието само на единия фактор – разликата в честотите. Може да се окаже, че при достатъчно малка разлика +-Δf може да не настъпи захващане. Това може да се получи, ако амплитудата на входния сигналUс е много малка. Захващане няма да има и когато fс е твърде далече от fго, т.е. разликата +-Δf е много голяма и е извън лентата на пропускане на НЧФ. За осъществяване на захващане в този случай е необходимо да се предвиди възможност за настройка. Тогава трябва да се промени характеристиката на НЧФ, като се измести честотата на сряза по посока на високите честоти и се разшири лентата на пропускане. При установеното захващане fг = fс = f трябва да се отчита фазовата разлика φ. Като се вземе предвид под внимание (1.10) напрежението ще бъде uд(t) = UсUг/2 [ cos φ – cos (2ωt + φ)] .(1.13) Към графиката

Първата система за ФАДЧ работи с тясна лента на захващане и следи само сигнала с носеща честота ω0: U cos ω0.t. На изхода на управляемия генератор ще се получи напрежение, което е с амплитуда, пропорционална от на входния сигнал и на сигнала на генератора. Честотата му е fг= f0. То е дефазирано на 90°: Uг= к1U0.Uг cos ( ω0t + 90°) = k.U0.Uгsin ω0t . (1.18) На втората схема за ФАДЧ се подава входния сигнал uам(t) дефазиран на 90°. Дефазирането се налага, за да се осигури равенство на фазите на носещото трептение на входа на аналоговия умножител – фазовия детектор на втората схема на ФАДЧ.В последната не е затворена обратната връзка чрез управляем генератор и не се установява захващане. Тогава на изхода на втория детектор ще се получи сигнал, съдържащ само разликовите честоти: Uд2= к2. U0.Uгsin ω0t [ U0sin ω0t +m.U0 /2sin (ω0+Ω)t + m.U0 /2sin(ω0- Ω)t ] , (1.19) откъдето се получава, че iф2(t) = k.m.U0 /2cos Ωt , (1.20) като k1от (1.18), k2 от (1.19) и k от (1.20) отразяват всички константни величини, участващи във формирането на изходния ток, а също и предавателните функции на филтрите. Към схемата

Дадена e блокова схема на синтезаторс един делител на честота. Делителят се включва между управляемия генератор и фазовия детектор. Той дели честотата на управляемия генератор с коефициент, зададен на делителя по програма. В резултат на действието на системата за ФАДЧ във всеки момент трябва fкг= fд, където fкг е честотата на кварцовия генератор, а fд– на сигналите след делителя. Но fд=fизх / N , където fизхе изходната честота на управляемия генератор. Следователнo fд = fкг=fизх / N ; fизх = N. fкг. (2.1) Чрез промяна на N изходната честота на генератора се променя със стъпка Δf равна на fкг. Чрез схемата на този синтезатор на честоти добре се обяснява принципа, но той не е добро практическо решение. Кварцовите генератори работят на високи честоти.Следователно получената решетка от честоти е много груба, тъй като Δf = fкг. Управляемият генератор трябва да е с широка регулировъчна характеристика, което е още едно затруднение. Към схемата

С прибавянето на още един делител във входната верига след кварцовия генератор може да се реализира стъпка с дробен коефициент. Ако коефициентът на деление на входния делител е М, а на този във веригата на обратната връзка на ФАДЧ – N, и системата осъществява следене, са в сила следните зависимости: fм = fN; fм=fкг / М; т.е fизх = N/Mfкг (2.2) Схемата на един синтезатор на честота може да включва няколко системи за ФАДЧ, с което да се постигне широкообхватно изменение на честотата с малка стъпка на решетката от честоти. Това се прави най-често в синтезаторите за измервателни цели. В тях стъпката може да е 1Hz или части от херца. Едно решение, наложило се трайно през последните десетилетия, характеризиращи се с повсеместната интеграция на еднокристалните микрокомпютри в радиоелектронната и комуникационна техника, е на синтезатори с двукоефициентно деление. И при синтезатора наима два коефициента – M иN. Но схемното решение води до дробен коефициент, което стеснява приложението. При синтезаторите на честота с двукоефициентно деление с програмно задаваните коефициенти L иS, при съществуващ в схемното решение фиксиран чрез избор на външна схема коефициент на деление k, се постига общ коефициент на деление на честотата на управлявания генератор Qобщ = kL + S. (2.3) От израза (2.3) се получава, че чрез изменение на L по програма може да се осъществи груба настройка, а с изменението на S – точна настройка в широк честотен обхват, като дискретните честоти са с номер на числата от естествения ред. По този начин например с една интегрална схема на синтезатор на честоти с двукоефициентно деление може да се постигне решетка от честоти с най-ниска 9 f и най-висока 131199 f, където f е стъпката между дискретните честоти в решетката. Стъпката f се определя от вграден в интегралната схема делител с променлив коефициент R. Към схемата

Спектрални диаграми на приетия АМ сигнал Към схемата

Диаграми на сигналите в Амплитудния детектор Към схемата

Начертана е схемата на амплитуден детектор с една схема за ФАДЧ. Входния амплитудно-модулиран сигнал се подава на входа на схемата за ФАДЧ и на аналогов умножител АУ. Чрез подбор на кондензаторите генераторът се настройва да работи с два пъти по-висока носеща честота на повторение на импулсите. Изходът на генератора е свързан с входа на Т тригер и с единия вход на схема „изключващо ИЛИ”. Характерно за нея е, че на изхода й ще се появи импулс, само когато на един от двата входа е постъпила 1. Фактически това е познатия суматор по модул 2. На изхода на тригера импулсите са с честота, равна на носещата, но отместени на 90°, тъй като се формират от задния фронт на импулсите от УГ, който са с два пъти по-висока честота от ω0. От принципа на действие на ФАДЧ следва, че първият им хармоник едефазиран на 90° спрямо входната носещачестота.Тук, както и във всички разглеждания досега, формата на сигналите на управляемия генератор не е синусоида. Поради наличието на НЧФ в системата навсякъде в изразите се отчита само първия хармоник на тези сигнали. Сигналите от тригера се подават на втория вход на фазовия детектор и втория вход на схемата изключващо ИЛИ. Първия хармоник на изходния сигнал на тази схема ще бъде във фаза с носещата честота на входното амплитудно модулирано трептене. Това трептение заедно сuам(t) постъпват към входовете на аналогов умножител. В резултат на умножението на изхода на НЧФ2 се получава демодулирания нискочестотен сигнал. С използването на схемата за ФАДЧ в този случай се получава дефазиране на 90° в широк честотен обхват, съответстващ на лентата на следене без да са необходими допълнителни настройки и аналогови схеми. Към схемата

Описание честотни филтри • На фигура а) е показана схема на система за ФАДЧ с честотна филтрация на напрежението Uвх, а на фигура б) – честотна филтрация на модулиращото изменение на честотата Δωвх състава на ЧМ сигнала. И двата филтъра имат една и съща предавателна фунция: К(р) = 1/[1 + p. τ0/ k(р)], явяваща се функция НЧФ при използването на ИФ и сумарна функция на НЧФ и ПФ – при използването на ПИФ и ПИ. Освен това първия от филтрите ( фиг. а) може да се използва за отстраняване на сигнала от допълнителния изход на ПИФ и ПИ , на когото съответно се реализира функцията на НЧФ и ПФ. Към схемата

Умножението на честотите в системата за ФАДЧ се реализира чрез включването на делител на честота „:N” във веригата на ОВ, както е показано на фиг. в. Честотата на изхода на УГ се явява входна за умножителя и е равна на ωизх= ω0N, където N – коефициент на делене на делителя. В синтезаторите на честота, на входа на системата за ФАДЧ допълнително се включва делител на честота „:R” ( на фиг. в не е показан ). В резултат , ω0= ωвх/R, а ωизх= ωвхN/R, където R – коефициент на делене на делителя „:R”. Съвместното приложение на делителите „:R” и „:N”, с програмируеми коефициенти на делене, обяснява синтеза на честотите в широк диапазон и с висок обхват. • Поставянето на честотен делител във веригата на ОВ повишава закъснението на системата за ФАДЧ: t0= N/KфдKфKуг. Закъснението може да бъде намалено с въвеждане на допълнително усилване , което ще компенсира влиянието на N, но има и друг начин. В синтезаторите на честота се използват делители на честота от типове „Integer-N” или “Fractional-N”. За последния е характерно, за разлика от „Integer-N”, че е за дробни числа коефициента N. Затова числената стойност на коефициента N в “Fractional-N”, може да бъде малка ( например N=10.25 вместо 1025 при типа „Integer-N” при съответно по-голяма ( даже 100 пъти) величина ω0. При по-малка стойност на N ще бъде и по-малко влиянието на t0, а съответно по-голяма стойност на ω0се улеснява филтрацията на сигнала от ФД , който постъпва на входа на УГ. • Умножението на честотите може да се реализира в системата за ФАДЧ и с DDS синтезатори в качеството си на делители на честоти, но не много ниски честоти. За синтезатора от тип ADF 4113 (с “Integer-N”) синтезираната честота е до 3.7GHz, то за умножителя на честота DDS синтезатор AD 9852 е до 300MHz. Умножителите на честота често са съвместими с честотната модулация ( манипулация), както например в микросхема на приемопредавател AD 6411. Отбелязва се, че при умножението на честотите ЧМ сигнала се умножава не само честотата на носещото колебание, но и честотната девиация. Към схемата

Преобразуване на честотата с фазово донастройване и Квадратурна модулация с фазово автоматично донастройване. На фигура а) е показана схема на система за ФАДЧ с вграден преобразувател на честота, съставен от смесител, и полюсов филтър ПФ , настроени на различни честоти ω0= ω1– ω2(микросхема AD 6411). Входна величина се явява ω1+ Δωвхс носеща ω1, а изходна е напрежението Uизх. Разгледаното устройство се явява честотен демодулатор, в който демодулациите са преди преобразуването на честотата. Особено свойство, за разлика от обичайно включения преобразувател и демодулатор ( без ОВ ), се явява това, че в нея се осъществява автоматично донастройване на системата за поддържане на разликата в честотите ω0. Тя в качеството си на управляваща величина се задава на входа на ФД. Разгледаното устройство може да се използва не само за демодулации, но и за преобразуване на честотата, без отстраняване на сигнала с честотна демодулация. В този случай преобразуваната носеща се явява ω2, а сигнала се взема от изхода на УГ, което е показано на фиг. б). На фигура в) е показана схемата на квадратурен модулатор, базиран на системата за ФАДЧ, използвана от системите за радиовръзка GSM и DCS ( микросхема AD 6523). В контура на системата за ФАДЧ е показан квадратурен модулатор „Мод”, на входа на който е преобразувателя на честота „Х”. Към схемата

ФАЗОВА

ФАЗОВА

Presentation Transcript