Точность и помехоустойчивость систем радиоавтоматики. Устройства радиоавтоматики, страница 18

.                               (4.30)

Из выражения (4.30) видно, что напряжение ошибки  является сигналом с частотой , который используется в цифровом частотном детекторе для выделения сигнала ошибки. Преимущество комплексного умножения заключается в том, что не требуется использовать фильтр низких частот после умножителя.

Комплексное умножение в выражении (4.30) реализуется с помощью комплексной арифметики, содержащейся в языке С. Для этого переменные ,  и  объявляются комплексными. В 16-разрядном сигнальном процессоре эти переменные представляются как комплексные дробные числа:

При этом в памяти процессора для каждой комплексной переменной выделяется по две ячейки памяти, содержащие 16-разрядные числа. Например, переменная  состоит из двух чисел  и , используемых в алгоритме частотного детектора (4.18) в качестве  и , соответственно. Комплексная переменная  строится с использованием выходных напряжений квадратурного детектора, переменная  содержит составляющие  и .

Сигнал ошибки с выхода частотного детектора поступает на сглаживающую цепь, формирующую оценку частоты  . При точном слежении частота сигнала управляемого генератора  близка к частоте , содержащейся во входном сигнале .

Преимущество программной реализации системы АПЧ заключается в том, что в одной микросхеме, содержащей микропроцессор, можно реализовать десятки следящих систем. Это свойство оказывается полезным при приеме сигналов спутниковых радионавигационных систем и слежении за доплеровской частотой нескольких целей в радиолокации.

4.6. Фазовая автоподстройка частоты

Система ФАПЧ отличается использованием фазового детектора, выделяющего ошибку слежения по фазе. Аналоговая система ФАПЧ содержит фазовый детектор, сглаживающую цепь и генератор, управляемый напряжением (рис. 4.24).  Отличие этой схемы от ранее рассмотренной АПЧ заключается в использовании фазового детектора вместо частотного и в том, что фаза управляемого генератора   управляется путем изменения частоты .

 Так как фаза является интегралом частоты, в передаточной функции разомкнутого контура  ФАПЧ всегда присутствует интегратор, дополняющий интеграторы сглаживающего фильтра. При отсутствии интеграторов в сглаживающем фильтре система ФАПЧ содержит один интегратор и не имеет ошибки по частоте, но имеет фазовую ошибку, зависящую от начального рассогласования частоты управляемого генератора.

Существует много способов реализации фазового детектора. Основной способ выделения сдвига фаз синусоидальных напряжений заключается в умножении входного напряжения  на опорное  напряжение  и последующей фильтрации результата (рис. 4.25, а).

.

Выделяя с помощью ФНЧ низкочастотную составляющую напряжения , получим сигнал ошибки         .

Дискриминационная характеристика такого фазового детектора имеет вид косинусоиды (рис. 4.25, б). При надежном слежении за фазой значение  находится в пределах линейного участка дискриминационной характеристики в области .  Но вследствие периодического характера функции косинуса при действии сильных помех возможно появлении ошибок системы ФАПЧ, кратных . Этот недостаток существует во всех системах ФАПЧ при любых схемах фазовых дискриминаторов.

Другой способ построения фазового детектора заключается в том, что из входного и опорного напряжений с помощью ограничителя формируют прямоугольные напряжения  и , и для выделения сигнала ошибки используют логические схемы исключающего или и или (рис. 4.26, а). Ширина импульсов  зависит от сдвига фаз (рис. 4.26, б). Постоянная составляющая этих импульсов  выделяется ФНЧ и образует дискриминационную характеристику (рис. 4.26, в).

Недостатком этой схемы являются пульсации напряжения сигнала ошибки  при нулевом рассогласовании (), возникающие при просачивании прямоугольных импульсов  на выход ФНЧ .

 Если в схеме дискриминатора использовать передние фронты напряжений   и , то при нулевом рассогласовании фазы ширина импульсов  равна нулю, и пульсации напряжения сигнала ошибки на выходе ФНЧ отсутствуют (рис. 4.26, г). Однако эта схема имеет худшую помехоустойчивость по сравнению с рассмотренной ранее.