Исследование цифровых синтезаторов частот (ЦСЧ), страница 3

Рисунок 1.3 – ИФД, выполненный по схеме с запоминанием знака

и поддержанием заряда

Следует отметить, что второй интегратор (если он не скорректирован) вносит дополнительный фазовый сдвиг равный , вследствие чего система ФАПЧ подходит к границе устойчивости. По этой причине АЧХ и ФЧХ системы должны быть скорректированы таким образом, чтобы на частоте единичного усиления (среза) имелся некоторый запас по фазовому сдвигу. Причём, одним из вопросов, рассматриваемых в работе, и является определение оптимального запаса по фазовому сдвигу.

Работа ИФД иллюстрируется временными диаграммами, приведёнными на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Временные диаграммы, иллюстрирующие работу ИФД

Поскольку время срабатывания триггеров ИФД конечно и составляет единицы наносекунд (для логики ЭСЛ – 4 нс), то в режиме синхронизма между одноимёнными перепадами импульсов опорного колебания и приведённого колебания ГУН появляется временное рассогласование . Сама величина  как раз и определяется временем срабатывания триггеров. Элемент задержки в схеме сброса необходим для устранения ошибок в работе ИФД, которые заключаются в возникновении так называемого эффекта «проскальзывания» в окрестности точки сшивания двух пилообразных характеристик дискриминатора, то есть в области нулевых фазовых расстроек. В однокристальных синтезаторах данный элемент задержки на переключение триггеров может быть как программируемым (время задержки задаётся от 1,5 до 6 нс), так и иметь фиксированную задержку порядка 4 нс [1].

В результате наличия временного рассогласования , на выходе ИФД присутствует некоторая фазовая ошибка:

                                                  (1.1)

где  – период сравнения в петле ФАПЧ.

Иными словами, дискриминатор не способен различить фазовые сдвиги входных сигналов меньшие, чем . Это проявляется наличием зоны нечувствительности (Dead Zone) [1], [2] на дискриминационной характеристике (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Зона нечувствительности на характеристике ИФД

Так, если частота сравнения в петле ФАПЧ (стандарт GSM), то  не превысит . Другими словами, в данной системе ФАПЧ наблюдается квазиастатизм по фазе, в то время как в системе ФАПЧ с ИФД типа выборка-запоминание или схемы «исключающее ИЛИ», фазовая ошибка есть функция начальной расстройки ГУНа и изменяется по диапазону. Разумеется, утверждение о квазиастатизме справедливо «в среднем», то есть статистически. Кроме того, при увеличении частоты сравнения в кольце, например, до 10 МГц, фазовая ошибка, при прочих равных условиях, также увеличится и составит .

По этой причине ЦСЧ с подобными ИФД называют квазиастатическими. Как было отмечено выше, астатизм по фазе (А2) появляется за счёт включения дополнительного интегратора. ИФД в паре с изодромным звеном выполняет эту роль тем точнее, чем ниже частота сравнения в петле ФАПЧ.

1.2 Анализ проблемы

На элементы систем автоматической стабилизации параметров процессов, т.е. в данном случае частоты и фазы генерируемого колебания, воздействуют различного рода возмущающие факторы (аномальные возмущения). Шумы и различного рода дрейфы появляются на выходах координаторов, дискриминаторов и датчиков параметров процессов [4]. Сами задающие воздействия могут иметь флюктуационную составляющую. Управляемый генератор, входящий в контур стабилизации частоты, имеет флюктуации параметров колебания, обусловленных естественными и техническими шумами [5], а также воздействием на него электромагнитного поля [6]. Однако, если величина управляющего воздействия достаточно велика и закон управления адекватен всем возмущающим факторам, система сохраняет работоспособность, обеспечивая некоторую ошибку стабилизации [7].