В
соответствии с теоремой Котельникова алгоритм цифрового частотного детектора
можно применять, если частота сигнала меньше половины частоты дискретизации.
Крутизна дискриминационной характеристики этого алгоритма не зависит от амплитуды
сигнала и для малых рассогласований равна 1 при точной реализации выражения
(4.28) или при упрощенной.
Существуют и другие способы цифровой оценки частоты сигнала. Например, можно подсчитать число периодов высокочастотного заполнения за некоторый интервал времени. Такой метод применяется в авиационном радиовысотомере с частотной модуляцией и доплеровском измерителе скорости автомобилей. Но этот метод обладает ошибкой дискретности и не позволяет определить знак доплеровского отклонения частоты. Алгоритм (4.28), использующий комплексное представление радиосигнала, определяет не только значение частоты, но и знак. Поэтому этот алгоритм целесообразно использовать в качестве дискриминатора ошибки в следящем измерителе частоты.
Для
программной реализации частотной подстройки необходим генератор с цифровым
управлением, вырабатывающий сигнал с частотой оценки .
Рассмотрим
принцип прямого цифрового синтеза сигнала с заданной частотой. Фаза
синтезируемого сигнала является интегралом частоты .
Используя разностное уравнение дискретного интегратора (4.9), получим
уравнение для фазы
в виде
, (4.29)
где – приращение фазы за интервал
.
Заметим, что интегратор фазы, определяемый выражением (4.29), выполняет функцию аккумулятора фазы и не входит в состав сглаживающей цепи в качестве дополнительного интегратора.
Цифровой
управляемый генератор состоит из аккумулятора фазы и вычислителей квадратурных
составляющих и
(рис.
4.22, а).
При
программировании на языке С 16-разрядного сигнального процессора с
фиксированной точкой для хранения фазы целесообразно
использовать дробную переменную типа
, которая принимает
значения в пределах
и не защищена от переполнения.
Масштаб фазы выбирается так, чтобы максимальное и минимальное значения
переменной соответствовали углам
, соответственно. Тогда
при непрерывном суммировании приращений фазы вырабатывается пилообразная
периодическая функция
– 1 (рис. 4.22, б).
Наклон пилы (нарастающий или спадающий) определяется знаком частоты, а период –
значением
. Для получения квадратурных составляющих 2
и 3 (рис. 4.22, а) необходимо вычислить функции
и
,
соответственно. Функция
не зависит от знака
частоты, но функция
при смене знака инвертируется.
Для вычисления функций косинуса и синуса можно использовать стандартные функции языка С. В сигнальном процессоре, например ADSPBF53x, вычисление этих двух функций занимает около 160 циклов процессора, и при тактовой частоте 500 МГц длится 0.32 мкс. Поэтому сигнальный процессор можно успешно использовать для прямого синтеза сигналов с частотой десятки килогерц. Для прямого синтеза высокочастотных сигналов со значениями частот порядка десятков мегагерц применяются специальные микросхемы, в которых заранее вычисленные значения функций хранятся в синусно-косинусном ПЗУ.
Если
для прямого синтеза используется 32-разрядный процессор, в котором реализован
стандарт IEEE вычислений с плавающей точкой, коэффициент
усиления управляемого генератора равен 1. Но в недорогих 16-разрядных
процессорах используется дробное представление переменных, при котором значение
чисел лежит в пределах . Коэффициент усиления
управляемого генератора в этом случае определяется произведением масштабных
коэффициентов величин
,
и
. Пример такого масштабирования можно найти
ниже в разделе 4.5.
Система цифровой АПЧ содержит комплексный умножитель, частотный детектор, сглаживающую цепь и цифровой управляемый генератор (рис. 4.23).
Для
выделения разностной частоты используется комплексный умножитель, на входы
которого поступают напряжения сигнала и
управляемого генератора
.
После
умножения получим комплексное напряжение ошибки .
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.