Замкнутые устройства синхронизации

Структурные схемы. Замкнутые УС с непосредственным воздействием на местный генератор можно разделить на два вида:

— устройства с релейным управлением, в которых УУ изменяет управляющий сигнал U_упр время от времени. В промежутках управляющий сигнал остается постоянным и не зависит от величины рассогласования фаз синхроимпульсов и информационных сигналов;

— устройства с плавным управлением , в которых УУ непрерывно действует на генератор, а управляющий сигнал U_упр пропорционален величине рассогласования фаз.

Структурная схема УС с релейным управлением приведена на рисунке 1.3, а временные диаграммы его работы на рисунке 1.4. На ФД с одной стороны поступают информационные сигналы, а с другой стороны — синхросигналы (тактовые колебания) от местного генератора (точка Г). В схеме использован ФД, работающий на импульсном принципе. Информационные сигналы проходят дифференциальную цепочку ДЦ, а затем выпрямляются (точки Б и В). Полученные короткие импульсы, соответствующие моментам смены полярности в принимаемом сигнале, подаются на две схемы совпадения И₁ и И₂. На вторые входы этих схем подаются прямоугольные тактовые колебания от местного задающего генератора (на одну из схем И — через инвертор). В этих колебаниях переходы от отрицательной полярности к положительной должны совпадать с короткими импульсами в точке В. Если местные колебания отстают по фазе от принимаемого сигнала (рисунок 1.4 диаграмма Г), то короткие импульсы пройдут на выход одной схемы совпадения, например, И₁. Если местные колебания опережают по фазе, то короткие импульсы пройдут на выход другой схемы — И₂. Эти короткие импульсы образуют сигнал U_рф, характеризующий знак расхождения фаз.

Рисунок Функциональная схема устройства с релейным управлением

Особенностью УС с релейным управлением является управляющее устройство (УУ), которой может иметь ограниченное количество положений. В зависимости от того, какая из схем (И или И) выдала пульс, триггер Т установится в то или иное положение. Реле, управляемое триггером, подключит к резонансному контуру индуктивности L₁ (эти переключения образуют управляющий сигнал U_упр). Генератор будет выдавать соответственно нижнюю или верхнюю частоту (f ₁ или f₂). Номинальное значение частоты f1 должно быть несколько ниже, а частоты f2 — несколько выше номинального значения тактовой частоты принимаемых единичных элементов fт. С учетом возможной нестабильности генераторов передатчика и приемника обычно выбирают следующую девиацию частоты:

Рисунок Временные диаграммы работы устройства

С релейным управлением (показана для точек А, Б, В

и Г схемы на рисунке Предыдущем)

где k_пер, k_пр — коэффициенты нестабильности генераторов соответственно передатчика и приемника. Таким образом, зависимость частоты от величины расхождения фаз будет иметь ступенчатый характер (рисунок 1.5а). Ширина прямоугольного участка этой характеристики определяется конечной чувствительностью управляющей схемы (триггера и реле). Графики изменения частоты и фазы тактового колебания во времени для такого устройства показаны на рисунке 1.5б.

Рисунок Характеристики двухпозиционного

устройства с релейным управлением:

а — зависимость частоты от расхождения фаз;

б — изменение частоты фазы во времени

Рассмотренное двухпозиционное устройство имеет следующий недостаток: во время перерыва связи или длительной передачи информационных элементов одного и того же знака расхождение по фазе будет непрерывно возрастать, так как частота генератора заведомо отличается от средней частоты на величину девиации. Этот недостаток отсутствует в трехпозиционном устройстве. Генератор, кроме частот f₁ и f₂, должен иметь также среднюю частоту f₀=(f₁+f₂)/2, настраиваемую на частоту генератора передачи (или номинальную тактовую частоту). В этом случае расхождение генераторов по фазе при обрыве канала будет обусловлено только неточностью настройки частот генераторов и их собственной нестабильностью (рисунок 1.6).

Рисунок Характеристики трехпозиционного

устройства с релейным управлением:

а — зависимость частоты от расхождения фаз;

б — изменение частоты фазы во времени

Устройства с плавным управлением отличаются от устройств с релейным управлением лишь управляющим устройством, которое должно обеспечивать плавное изменение частоты генератора в зависимости от величины расхождения фаз. Эта зависимость обычно имеет примерно линейный характер (рисунок 1.7а). Для управления частотой генератора используют какой-либо управляемый реактивный элемент, например варикап (конденсатор, емкость которого зависит от величины приложенного напряжения). Изменение частоты генератора (а следовательно, и фазы) во времени будет иметь плавный характер (рисунок 1.7). Благодаря этому можно добиться высокой точности поддержания синфазности. При правильно подобранном инерционном элементе достигается точность ±(1-2)% длительности единичного элемента. В этом состоит основное преимущество УС с плавным управлением.

Общим недостатком всех устройств синхронизации с непосредственным действием на генератор (по сравнению с устройствами без непосредственного действия) являются следующие: снижение стабильности генератора примерно в 10 раз вследствие воздействия на один из его параметров; невозможность использования одного генератора для работы нескольких УС; устройства синхронизации с непосредственным воздействием на генератор применяются тогда, когда требуется простота схемы или когда устройства без непосредственного воздействия на генератор трудно реализовать, например, при высоких скоростях модуляции.

В устройствах синхронизации без непосредственного воздействия на генератор фаза подстраивается в промежуточном преобразователе ПП, через который проходит местное тактовое колебание. В качестве промежуточного преобразователя чаще всего используется делитель частоты следования импульсов. Устройства синхронизации с делителем частоты возможно реализовать целиком на дискретных элементах, что упрощает их изготовление, настройку и эксплуатацию. Часто такие устройства называют устройствами с дискретным управлением (или дискретными устройствами синхронизации). Принцип изменения фазы в процессе деления частоты можно пояснить, пользуясь рисунком 1.8а. Генератор вырабатывает колебание высокой частоты, в m раз больше тактовой частоты: f_в.ч.=mf_т. Величину m называют коэффициентом деления делителя. Формирователь превращает синусоидальное колебание в последовательность импульсов с частотой следования f_в.ч. Далее последовательность импульсов делится на m, например, делителем в виде цепочки из двоичных счетчиков. Процесс деления иллюстрируется временной диаграммой, представленной на рисунке 1.8б. На рисунке изображены исходная последовательность импульсов с частотой f_в.ч и получаемая на выходе тактовая последовательность с частотой f_т. Коэффициент деления m=8. При этом на выход выдается каждый восьмой импульс входной последовательности импульсов.

Рисунок К принципу изменения в процессе деления частоты:

а — структурная схема деления частоты;

б — нормальный процесс деления на 8;

в — добавление импульса;

г — исключение импульса.

Если на вход делителя подать дополнительный импульс через схему добавления и исключения импульсов (СДИИ), то фаза выходных импульсов (рисунок 1.8в) сместится в сторону опережения на величину, равную периоду колебаний генератора: Δt=1/ f_в.ч. Дополнительные импульсы не должны совпадать по времени с импульсами высоко-частотного генератора. Если один из импульсов, подаваемых на делитель, исключить, то фаза выходных импульсов сместится на ту же величину Δt в сторону отставания (рисунок 1.8г). Таким образом, путем добавления и исключения импульсов легко изменять фазу тактовой последовательности в нужную сторону.

Пример УС с дискретным управлением показан на рисунке 1.9. На выходе генератора с формирователем образуется последовательность импульсов с частотой f_в.ч.=2 mf_т. Затем делитель на 2 образует две последовательности импульсов f_в.ч.=mf_т, сдвинутых друг относительно друга на полтакта. Одна из последовательностей подается через схему запрета в делитель частоты на m. Полученная тактовая частота подается на фазовый дискриминатор (на схемы И₁ и И₂ подаются тактовые последовательности, сдвинутые друг относительно друга на полтакта). Действие ФД было рассмотрено при рассмотрении ранее. При синфазности между принимаемыми сигналами и местными тактовыми колебаниями импульсы на выходах фазового дискриминатора отсутствуют. При появлении расфазировки короткие импульсы появляются на выходе схемы И₁ или схемы И₂ в зависимости от знака расхождения фазы. Если импульс появится на выходе И₁, то он откроет схему И₃, которая пропустит один импульс с выхода делителя на 2 на вход делителя на m. Этот импульс будет расположен в середине между основными импульсами, проходящими через схему запрета. Под действием этого дополнительного импульса фаза тактовой последовательности сдвинется в сторону опережения на один шаг Δt. Если же импульс появится на выходе схемы И₂, то он закроет схему запрета и таким образом исключит один импульс на входе делителя. В результате фаза тактовой последовательности сдвинется на один шаг Δt в сторону отставания.

Функциональная схема устройства

синхронизации без непосредственного

воздействия на генератор