Первачев С.В. Радиоавтоматика (1982) (1095886), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Эквивалент иФ! дискриминатора имеет при этом вид, поРис. 1!.!! казанный на рис. 11.11. Входящее в эквивалент звено с характеристикой Я (т,) учитывает происходящее в дискриминаторе квантование запаздывания тс по уровню. Шаг квантования равен периоду следования Тси счетных импульсов. Цифровые фазовые детекторы. Используемые на практике цифровые фазовые детекторы различаются проведением аналого-цифрового преобразования в контуре регулярования илп вне его, видом процессов, подвергающихся этому преобразованию, формой опорного напряжения, схсмными решениями и другими признаками. Один из возможных вариантов построения цифрового фазового детектора показан па рис.
11.12. В этом детекторе используется ис,!! Рис. !!.12 Рис. 11.!3 опорное напряжение и,и(!) меандровой формы, принимающее два значения, которые могут рассматриваться как логические 1 и О (эпюра 1 на рис. 11.13). Входной сигнал и,(!) предварительно подвергается двустороннему ограничению и также имеет меандровую форму (эпюра 2). Осуществляемое в аналоговом фазовом детекторе перемножение входного и опорного сигналов заменяется в рассматриваемом фазовом детекторе суммированием их по модулю два в соответствующей логической схеме М2. Выходное напряжение п~(!) этой схемы (эпюра 3) принимает значения 1 и О, длительность действия которых зависит от разности фаз Ч~ входного и опорного сигналов.
Для получения цифрового выхода напряже- йиз ние и~(1) непосредственно и после инвертирования схемой НЕ подается па схемы совпадения И! и И2, на вторые входы которых от генератора счетных импульсов (ГСИ) поступают счетные импульсы. Результатом работы рассматриваемого фазового детектора является число л, равное разности числа счетных импульсов, прошедших через схемы И1 и И2 за период опорного сигнала. Это число образуется в реверсивном счетчике (РС).
Если реверсивный счетчик входит в состав фильтра, следующего в системе ФАП за фазовым детектором, то из схемы, показанной на рис. !1.12, реверспвный счетчик можно исключить. В описанном цифровом фазовом детекторе выполняется аналого-цифровое преобразование разности р входного и опорного сигналов в число и.
Это преобразование проводится внутри контура регулированпя и описывается характеристикой л(<р), форма которой зависит от соотношения частот Р, и Е,„ опорного сигнала и счетных импульсов, а также от взаимной ~фазировки этих процессов. С ростом отношения Р,,с/Рс число уровней квантования в характеристике п(~р) увеличивается.
Эквивалент описанного цифрового фазового детектора, включаемый в структурную схему системы фазовой автоподстройки, совпадает с изображенным на рис. 11,3 при замене процесса и(!) на ср(1) и функции Я(и) па а(<р). Схема рассмотренного цифрового фазового детектора существенно упростится !52), если отказаться от многоуровневого квантования и ограничиться формированием на его выходе чисел -~1, т. е. использовать детектор с релейной характеристикой, описываемой соотношениями л(~р) =1 при 0«р<гс и л(р) = — 1 при г! 1 Рис. 11.1с — п<ср<0.
Схема такого детектора изображена на рис. 11.14. Входное напряжение и, (1) меандровой формы (рис. 11.15) подается в нем в прямом и инвертированном виде на логические элементы И1 и И2. На вторые входы этих элементов поступает опорное напряжение и,„(1) в виде последовательности коротких импульсов положительной полярности с частотой Р, . В зависимости от разности фаз ~р входного и опорного напряжений эти импульсы проходят на выход элементов И1 или И2, формируя на выходе дискриминатора за каждый период опорного напряжения число +1 нли — 1.
Еще одним примером простой реализации цифрового фазового детектора является выполнение его в виде АЦП, включенного в контур регулирования и преобразующего в числа мгновенные зна- сзэ и, (!) =- У,с (1) Б 1и <да ! + У! з (Г) соэ ю„г, ив (Х) = У„(г) соэ ы, | — У„(г) з(п ы, г, (!!.!9) где У„(1)=.У, р,(!), У„(г)=и,э! р,(г), !72с (!) Уз соэ фд (1)~ Ум (1) Уз з!п грд (1) (! 1 ° 1 1 ) 240 чения входного сигнала в моменты времени Гм «привязанные» к определенной фазе опорного сигнала, Для пояснения принципа работы обсуждаемого фазового детектора запишем входной и опорный сигналы в виде н.*(!) = У.з!п М !+ р.
(!)], (11.4) и,„(1) = У,з!и!ы,!+гр,(1)], (! 1.5) Положим, что моменты времени (х соответствуют переходам опорного напряжения через нуль с положительной производной, Прп этом выполняется равенство '»о гх+ ~ро (!«) = 2п К й = О~ 1, 2 " (1! .6) Формируемая на выходе рассматриваемого детектора последовательность чисел п(1х) определяется зиачеппями входного сигнала в моменты времени !х и, как следует из (1!.4), (1!.6), описывается выражением и (1д) = Я (У» з]п (гр» (1д) фо (!х)]) = г2 (У«з!п ~р ((х))„(11.7) где 1,(и) — характеристика используемого АЦП, возможный внд которой показан на рнс.
11,2. Как видно из (11,7), сформированная последовательность чисел и(!х) зависит от разности фаз р=~р, — гр, входного и опорного сигналов в дискретные моменты времени Гх. Аналого-цифровое преобразование может выполняться в цифровом фазовом детекторе и вне контура следящей системы. Прп этом преобразованию могут подвергаться как мгновенные значения входного процесса, так и его квадратурные компоненты. Познакомимся с построением цифрового фазового детектора, в котором вне контура регулирования выполняется аналого-цифровое преобразование квадратурных компонент входного сигнала. Рассмотрим предварительно принцип работы аналогового фазового детектора с обработкой квадратурных компонент входного и опор. ного сигналов. Запишем для этого непрерывные входной н опорный снгпалы в виде и,(1) == У, з(п (ы,!+~р,(1)], (1!.8) и,(1) = У,соз(ы»1+грз(Г)], (11.9) где ы» — некоторая фиксированная частота, совпадающая, например, с центральной частотой фильтра, предшествующего фазовом у детектору.
Выражения (11.8) и (11.9) можно представить в следующей форме: — квадратурные (косинусные и синуспые) компоненты входного и опорного сигналов соответственно. Преобразование квадратурных компонент, описываемое выражением и (!) =- — 1 У „ (!) У , (!) — У„ (!) У„ (!)), ( 1 1 . 1 2) позволяет, как следует из (11.12) и (11.11), получить напряжение и (1) = — У~ Уз з(п ('Р~ (!) % (!)) которое совпадает с выходным напряжением фазового детектора, выполняющего перемножение (3.1) мгновенных значений процессов и, (!) и из(!) н подавление составляющей с частотой 2гаа. Следовательно, алгоритм (11.12) обработки квадратурных компонент входного и опорного сигналов, дополненный квантованием их по уровню и по времени, может быть использован для построешгя цифрового фазового детектора. Схема такого детектора приведена на рнс.
11.16, Формирование напряжений, пропорциональных квадратурным компонентам Уы(!) и У„(!), выполняется в Рис, г!.!б нем умножением входного сигнала и~(!) па вспомогательные колебания Уа сов во! и Уаз)пма! с отсеиванием возникающих при этом гармоник с частотой 2га, в фильтрах нижних частот (ФНЧ).
Эти фильтры позволяют также прн наличии на входе детектора шумов ограничить ширину спектра процессов, поступающих на АЦП. Выделенные квадратурные компоненты У.(!) и У„(!) преобразуются в АЦП в последовательности чисел .(кодов) у„(АТ) и уы(йТ), А=1, 2, ... В дальнейшем они перемножаются, согласно (11.12), с представленными в цифровой форме квадратурными компонентамн опорного сигнала д„(ИТ), у„.(ИТ), которыс формируются на выходах соответствующпх АЦП. Цифровые частотные дискриминаторы. На рис. 11.!7 изображен один из вариантов цифрового частотного дискриминатора, построенного по аналоговому прототипу 1531.
Он весьма близок к аналоговому частотному дискриминатору с расстроенными контурами и состоит из АЦП, двух цифровых фильтров ЦФ1 и ЦФ2, 241 квадратичных преобразователей КП1 и КП2, устройства вычятания и накопителя Н. Преобразование входного напряжения в цифровую форму осуществляется в АЦП с частотой Р. Требуемая частота Р временной дискретизации определяется шириной спектра входного процесса и переходной частотой дискриминатора Рр. Цифровые фильт- тс) Рис. 11.!7 ры ЦФ1 и ЦФ2 имеют резонансные частотные характеристики с центральными частотами Рь Ри, смещенными по отношению к переходной частоте дискриминатора на величину +Лир/2.
Дискретные передаточные функции этих фильтров Ки(г) и Ки(г) выбираются так, чтобы обеспечить достаточно резкий спад дискриминационной характеристики за пределами ее рабочего участка. Квадратичные преобразователи КП1 н КП2 заменяют амплитудные детекторы, входящие в состав аналогового частотного дискриминатора с расстроенными контурами 191. Период Т, съема чисел с выхода дискриминатора мозкет быть больше, чем период дискретизации Т= 1/Р, используемый в АЦП.
При этом появляется возможность накопления и усреднения чисел Ж(иТ), поступаюших с частотой Е с выхода устройства вычитания, на интервале времени Т,. Эта операция осуществляется в накопителе Н путем суммирования чисел М(иТ) за время 'Т, с последующими считыванием и сбросом накопленного результата. Определенное распространение получили также цифровые частотные дискриминаторы со счетом числа пересечений входным процессом нулевого уровня. Дискриминаторы такого типа могут быть построены на базе частотомеров или периодомеров.
Прин- цип работы дискриминатора, по- ки строенного на базе частотомера, ииш УР и/иг) основан на определении числа периодов входного процесса за н фиксированное время измерения ' и т из Т„и сравнении его с эталонным. Возможная схема такого дискриминатора [51) показана на рис. Рис. 11.18 11.18. Входное напряжение преобра- зуется в нем устройством формирования (УФ) в последовательность импульсов, появляющихся в моменты пересечения входным процессом нулевого уровня с положительной производной. Сформированные импульсы поступают на логический элемент И, который отпирается триггером Т на 242 время Т„. Управление триггером осуществляется импульсами «н» и «к», определяющими начало и конец измерительного интервала Т„. Прошедшие через элемент И импульсы регистрируются счетчиком Сч, в котором предварительно записывается с обратным знаком число №= Т„Рс, соответствуюшее переходной частоте дискриминатора Ро.
За время Т„ на счетчик поступает гч' счетных импульсов и по окончании измерительного интервала в нем оказывается записанным число п=Лг — гчс, зависящее от величины и знака разности Р,— Ро частоты сигнала Р, и переходной частоты дискриминатора Рс. Импульс управления «к», фиксирующий окончание измерительного интервала, воздействует на устройство управления (УУ), которое формирует команду на считывание результата, накопленного в счетчике. Через некоторое время после считывания в счетчик вновь вводится число — гг'с, и он подготавливается к следующему циклу работы. В процессе преобразования в число и разность частот ЛР= =Р,— Р, подвергается квантованию по уровню. Шаг квантования по частоте б(з найдем, опРеделив изменение частоты Р„пРи котором число Р(, а следовательно, и число п увеличиваются на единицу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
