hhis16 (Исскуство схемотехники), страница 9

5.4. Ннтересный класс ГУН составляют лементы с синусоидальным выходом (8038. 2206 и т. П.), поскольку они позволяют генерировать чистое синусондальное колебание засинхронизированное с входным колебанием «страшного» вила. Следует упомянуть еше один класс ГУН,— «преобразователи напряжения в частотузь которые обычно проектир«ются с оптимальной линейноса.ью, они имеют, как правило, скромную максимальную частоту (до 1 МГп) и вырабатывают импульсы с логическими уровнями (см разд. 5.15).

Следует помнить о том. что частота 1 УН не от.раничивается скоростью срабатывания логических схем. Можно, например, использовать радиочас.ютные генераторы. настраиваемые с помощью варакгора (диол с изменяемой емкостью) (рис 9.71) Продвигаясь в соотвегствин с этой нлеей еше на олин шаг, можно было бы даже использовать такой элемент, как отражательный клистрон, - микроволновыя (гигагерпевый) генератор. с электрической настройкой за счет изменения напряжетия на отражателе. Разумеется, ФАПЧ, использующая такие г.енераторы, потребует радиочастотный фазовый летек гор Зависимость частоты от управляющего напряжения ГУН, используемого в ФАПЧ, можес не облазать высокой лнтсейносзью. однако в случае болыпой петю;еапости коэффюшент усиления в контуре будит изменяться и соответствви с чассотой сигнала и прилетев обеспечива;ь, болыпвв запас «стойчнвостн 9.28.

Проектирование ФАПЧ Замыкание контура регулирования. Фазе вып детектор вырабатывает сигнал ош ° ошибки. соответсзв«юший фазе~ем рассог. ;ссогласованию межд«вхсздзпяхс и опорным м снс'- налами. Частот он 1 УН можно Управляттч подавая на ес о вход соответствующее напряжение. Казалось бы„что здесь можно поступи.сь также. как н в любом др«- том усилителе с образиной связью. вводя контур регулирования с и~которым коэффипиентом передачи; мы посс«пали точно ';: также в схемах с операционными усилителями. Однако имеется одно существенное ;:"..

отличие. Ранее, регулир«емая с помощью обратной связи величина совпадала с величиной, измеряемой с целью формирова::. ния сигнала ошибки нли была по крайней !" мере ей пропорциональна. В усилителе ::1-Напряжения, например. мы измеряли выходное напряжение и соответствующим ::,образом полстраивалн входное В системах ФАПЧ ос«шествляется интегрирова , ' ние; мы измеряем фазу, а роз «лируес« чагпзату, но фаза является интегралом от .' частоты. За счет этого в контуре регули ' .ровання появляется фазовый сдвиг 90 Такой интегратор. включенный в кон тур обратной связи, существенным абра';'.зом влияет на работу схемы -пополни;:;: тельное запазлывание по фазе на 90' на ':, частотах, гле коэффициент усиления равен '.:, .единице., вызывает возникновение само- возбуждения.

Простое решение заключается в том. чтобы не вк;почать в контур :-'. компоненты. которые дают лополнитель- нос запаздывание по фазе. По крайней :=", мере на сех часто~ах. Где козффициеит .'.:усиления близок к единице. В котше кон- ';:: цов операционные усилители имеют за ':,паздывание по фазе 90 на большинстве ;; часгог своего диапазона. однако онн пре,;:" восходно работают Это- один нз подхо,:: дов и оп приводит к сому, что называется ':- «конт«ром первого псзрядха» Блс«к-схеьса В Этпы СЗСУГЧас ВЬПЛВлнт топ~о саяжс. Ках " ранее приведенная блок-схема ФАПЧ без ' филь сра нюкних частот Хотя контуры первого порядка во многих сш «азсиях очень удобны.

они не обладают необходимыми свойствами «махо,:: вика.. которые позволяют генератор« утграв:сяемому напряжением, сглаживать помехи и флуктуации входного сигнала Более:шо. контур перво:о порядка пе сохраняет пою олиным фазовое соотношс ;:: ние межи, опорным сигналом н сигналом ГУН. так как выход фазового летекто непосредственно управляет ГУН. В <ск тур второго порядка» вводится допол тельная фильтрация на низкой част с целью предотвращения неустойчиво Такой контур обладает свойством «махх вика» и, кроме того, уменьшает «диа зон захвата» и увеличивает время захва К тому же, как будет показано ниже, использовании фазовых детекторов т 2 конт«р второго порядка гарантируу фазовую синхронизации при нулевой ра ности фаз между опорным сигналом сигналом ГУН.

Практически во всех стемах применяют контуры второго п рядка, поскольку в большинстве прим ен ний система ФАПЧ должна обеспечива малые флуктуации фазы выходного с нала. а также облапать некоторыми оно ствами памяти нли маховика». Конту второго порядка могут иметь высо коэффициент передачи на низких част тах. что обеспечивает повышенную усто чивость (по аналогии с достоинств высокого коэффипиента усиления в уси телах с обратной связью). Вернемся к лу и рассмотрим применение ФАПЧ п1«име!«ах. 9.29. Пример разработки: умиовпетель частоты Формирование частоты. кратной фикс рованной входной частоте.

является о из наиболее распространенных приме ннй ФАПЧ. В частотных синтезатор частота выходного сигнала формирует за счет умножения частоты стабильно низкочастотного (ло~«стим. 1 Гп) сиги на целое число и. число и можно задават и цяфровом Внле, г.е вы пол« анте Ги кня источник сгпсталов. Ко го1«ым можн управлять даже с помопп,ю компьютер Можно использовать ФАПЧ в более п заических системах, например. для тог чтобы генерировать тактовую частот сннхронизированн«ю с некоторон друг зталонной часто~ой, которая уже имеетс в приборе Прелположнм. что мы хот по 1учить тактовые сш палы частот 61 440 Гп тля двухсз адииного АПХ1.

Така частота обеспечивает производительно 676 Глава 9 Сопряжение пифровых и атистот овых сигналов Да (Ь7В1 К неравна.дт) Дает (671ав ) ь дь;снжые 'анж (рвых) -т)дьнснтаы ад Ьтахтава Рис С те Блох-схема Кмиожителв частоты. 1вд т нн-дтнлвтв ~ „впережение— атставанне " т ~т ест ~ нстщтнцнент передали ханства ГУЛ (инцтдаты1 Рис Е "тт димраммы Боле Флцст После того как необходимый диацаз- ГУН выбран, остается лишь произнес расчет фильтра нижних частот.

Зто оч ответственная часть Начнем с того, выпишем составляющие коэффипие передачи контура, учитывая каждую к поненту (табл. 9 7 и рнс. 9.72). Прилержнвайтесь одних н тех же един измерения не переходите с (на от нли. ч еще хуже, с герц на килогерцы. Нам ос лось определить ~олько К . Сделаем э записав общее выражение для коэф циента передачи контура, но не забыв что 1 УН это ингетратор. 1,, =- 1с'атстки'-тт Общин коэффициент передачи конту цс 7.5 измерений в секунду, причем на первой стадии (подъеме) потребуется 4096 периодов синхронизации (напомним, что в двухстадийном преобразовании используется постоянный временной интервал) и на второй стадии (разряд постоянным током) может потребоваться до 4096 периодов. Уникальная особенность схемы ФАПЧ заключается в том, что тактовую частоту 61440 кГц можно засинхронизировать с сетевой частотой 60 Гц (61 440 = = 60 и 1024), полносп,ю подавив тем самым помехи на частоте 60 1ц, которые, как мът уже обсуждали в равд.

9.21„присутствуют нн любом сигнальном входе преобразователя. Начнем со стандартной схемы ФАПЧ, в которой между выходом ГУН и фазовым детектором включен счетчик-делитель на и (рис. 9 72) На этой схеме для каждого функционального блока указан коэффициент перелачн. Зто понадобится нам для проведения расчетов по устойчивости. Обратите особое внимание на то, что фазовый летектор преобразует фазу в напряжение.

а ГУН. напрюкение в производную фазы по временил (и е. тастоту) . Отсюда важное следствие — если фазу в самон важней части схемы рассмепривать как ттеременвую. то ГУН будет лействовать как интегратор Фиксированное входное напряжение рассогласования привалю к линейно возрастаюптему фазовому рассогласованню на выходе ГУН. Фитьтр нижних частот н делитель на и имено козффициеш ы перелачн меньше единицы.

Устойчивость н фазовые сдвиги. На рис. 9.73 показаны диаграммы Боде, с тюмощью которых можно опенить усгойчи- вость ФАПЧ второго порядка. ГУН работает как интегратор с характеристикой 1,' Г и запаздываюшим фазовым сдвигом 90' (т.е. его характеристика пропорциональна 117(о, а конденсатор заряжается от источника тока). Для того чтобы иметь приличный запас по фазе (разность между 180' и фазовым сдвигом на частоте, при которой общий коэффициент передачи контура равен 1), в фильтр нижних частот последовательно с конденсатором включают резистор для того, чтобы приостановить спад характеристики на некоторой частоте (с причудливым названием ннульи). Комбинация этих двух характеристик дает показанную на рисунке характеристику контура.

До тех пор пока спад коэффициента передачи контура будет составлять 6 дБ)октава (в области единичного коэффициента передачи), контур будет устойчив. Зто делается с помощью фильтра нижних частот по типу ттопережение — отставанием с соответствующим образом выбранными свойствами (точно также, как компенсация опережения- отставания в операционных усилителях). Дальше вы увидите, как это лелаегсм Расчет коэффннвента передачи. На рис 9,74 прнвелена схема ФАПЧ ллм ситтге'автора частоты 61 440 Гп Фазовый детектор и (УН входят в состав КМОЙ ИМО ФАПЧ 4046 В этой схеме мы использовали вариант фазового детектора с залу оком по фронту 1'в ИМ С 4046 имеются оба варианта).