Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Посещая ресторан, Вы соглашаетесь с нашими условиями и принимаете правила, указанные ниже. Все правила и условия обязательны для всех посетителей рест...полностью>>
'Документ'
ГУП санаторий «Танып» Республики Башкортостан в лице директора Ямалетдинова Кашшафа Сайфитовича, действующего на основании Устава, именуемый в дальней...полностью>>
'Рабочая программа'
Программа разработана в соответствии с примерной программой на основе авторской программы по литературе для 5-11 классов, авторы-составители В. Я. Кор...полностью>>
'Документ'
Главная цель фестиваля-смотра «ДЕБЮТ-парад 2015» - объединение и поддержка начинающих исполнителей и дебютантов (набор 2013 -2015 г.г.) танцевальных к...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Основы расчета фильтров ФАПЧ

В этом разделе мы рассмотрим метод расчета собственных фильтров ФАПЧ для передатчиков серии rfPIC и rfHCS. Содержание раздела основывается на материале документа [10]. Прежде всего, мы рассмотрим ознакомительное описание схемы. Примеры номиналов компонентов могут быть найдены при помощи специально подготовленной производителем таблицы Excel. Файл этой таблицы называется pllfilter.xls, его можно скачать с сайта компании Microchip www,microchip.сот или по адресу .

Структурная схема узла ФАПЧ показана на рис. 5.5. Мы уже частично рассматривали работу этого узла в предыдущих главах, но для облегчения понимания вновь обратимся к описанию принципа работы ФАПЧ.

Система ФАПЧ создает выходной сигнал, синхронизированный по фазе с опорным сигналом кварцевого генератора. Высокочастотный сигнал с выхода генератора, управляемого напряжением (ГУН), поступает на делитель на 32 для уравнивания с частотой опорного генератора. В реальных условиях колебания ГУН не совпадают с колебаниями опорного генератора по частоте и фазе, и схема сравнения вырабатывает сигнал компенсации ошибки, воздействующий на ГУН.

Если в процессе работы выходной сигнал смещается от опорного значения в ту или иную сторону, фазочастотный детектор «указывает» генератору тока подкачки направление смещения для возврата к исходной фазе.

Рис. 5.5. Структурная схема узла ФАПЧ

Фильтр ФАПЧ предназначен для фильтрации сигнала ошибки и оказывает очень большое влияние на параметры всей системы. В рассматриваемой нами схеме он, по сути, представляет собой емкостный накопитель напряжения, воздействующего на ГУН. Генератор тока подкачки увеличивает зарядный ток, если выходная частота чуть меньше, и уменьшает, если выходная частота чуть больше опорной. Поскольку значение ошибки рассогласования в принципе не может быть определено за время меньшее, чем период опорного сигнала, максимально возможная частота управляющих импульсов, воздействующих на фильтр ФАПЧ, равна опорной частоте.

Любому фильтру присущи такие параметры, как полоса пропускания и фазовый отклик. Можно говорить, что фильтр низких частот -это такой фильтр, который пропускает все частоты, начиная с наименьших и до определенной максимальной частоты, называемой частотой среза. Это частота, на которой уровень выходного сигнала уменьшается на 3 дБ относительно максимума. Фазовый отклик несколько труднее для наглядного представления, но достаточно понять, что фильтр вносит положительный сдвиг в фазу сигнала.

Рассматриваемый фильтр способен на высших частотах задерживать фазу сигнала вплоть до четверти периода, т.е. на 90°. При этом вместе со сдвигом 90°, который вносит ГУН, мы можем оказаться в опасной близости от значения в 180°, что позволит петле ФАПЧ совершать непрерывный колебательный процесс около выходной частоты (что для нас абсолютно нежелательно).

Для возникновения колебаний кроме сдвига фазы нужно, чтобы коэффициент усиления петли был, как минимум, равен 1, значит нам достаточно лишь определить фазовый сдвиг частоты, на которой фильтр имеет единичное усиление. Затем этот вычисленный фазовый сдвиг вычитаем из 180° и получаем так называемый запас по фазе. Все высшие частоты, со сдвигом фазы стремящимся к 180°, будут подавлены и не станут представлять угрозу возникновения паразитных колебаний.

Фазовый сдвиг cpm связан с коэффициентом затухания С, следующим выражением:

Если запас по фазе небольшой, то петля ФАПЧ быстрее захватывает частоту при запуске опорного генератора, или когда происходит модуляция задающего генератора по частоте. Если же запас по фазе большой, то для захвата опорной частоты требуется больше времени. Фактически, время отклика есть функция от обоих параметров, запаса по фазе и полосы пропускания фильтра. Конденсатор фильтра, имеющий значение более 10 нФ или резистив-ная нагрузка на выводе фильтра также будут влиять на время отклика, ограничивая скорость нарастания выходного напряжения. Пиковый выходной ток генератора подкачки, величиной 260 мкА, в течение рабочего цикла снижается примерно до 180 мкА, ограничивая скорость нарастания в соответствии с формулой:

Выходная частота ГУН не отличается высокой стабильностью, и хаотичные колебания частоты называются фазовым шумом. Достоинство замкнутой цепи ФАПЧ в том, что этот шум ограничивается. На рис. 5.6 показано влияние полосы пропускания фильтра на фазовый шум.

Шум в пределах полосы пропускания петли подавляется, в то время как за пределами полосы пропускания шум может возрасти. Таким образом, желательно разрабатывать фильтр с максимально возможной полосой пропускания {в заданных пределах запаса по фазе, разумеется).

Когда полоса пропускания фильтра увеличивается, через него проходит большее количество шума фазочастотного детектора. Этот шум проявляет себя в виде выбросов в спектре выходного радиочастотного сигнала на несущей частоте передачи плюс/минус целое число значений опорной частоты. На рис. 5.7 показана спектрограмма, отражающая уровни выбросов при полосе пропускания 1 МГц.

Это особое значение полосы, поскольку при нем выбросы шумов становятся заметными относительно фазовых шумов несущей частоты. Дальнейшее увеличение полосы пропускания делает выбросы шумов ФЧД доминирующими в излучаемых шумах. В случае использования узкополосного приемника может оказаться полезным увеличение полосы пропускания фильтра до 2 МГц с последующей отсечкой возросших шумов за счет узкой полосы пропускания приемника.

Если полоса излучения должна быть узкой, например по причине близости к краю разрешенного диапазона, то рекомендуется уменьшить полосу пропускания до значения меньше, чем 500 кГц, чтобы уменьшить ширину спектра излучаемых шумов и остаться в пределах допустимой полосы.

Рис. 5.6. Зависимость фазового шума от полосы пропускания

Выбор полосы пропускания фильтра ФАПЧ зависит также и от физических ограничений.

Слишком узкая полоса пропускания требует чрезмерно больших номиналов конденсаторов, которые проблематично подобрать в миниатюрном исполнении. С другой стороны, чересчур широкая полоса пропускания приводит к трудностям в серийном производстве, так как требуются очень маленькие номиналы конденсаторов (иногда сопоставимые с паразитными емкостями монтажа, отчего изделие имеет нестабильные параметры).

В качестве оптимального решения рекомендуется использовать конденсаторы с номиналом, как минимум в пять раз превышающим сумму паразитных емкостей и собственной емкости вывода LF. Поскольку упомянутая сумма обычно принимается равной 2 пФ, то емкость конденсатора фильтра должна быть не менее 10 пФ.

Рис. 5.7. Уровни выбросов шумовых составляющих при полосе 1 МГц

 

Таким образом, максимальная полоса пропускания фильтра ограничивается значением 1,2 МГц. Стандартный алгоритм расчета, предлагаемый изготовителем в виде таблицы Excel со встроенными формулами, позволяет учесть значения паразитной емкости, с тем, чтобы расширить полосу пропускания, но такая конструкция более подвержена погрешностям при серийном производстве.

Двуполярный фильтр, показанный на рис. 5.5, выбран по причине того, что это наиболее простой из фильтров, соответствующих требованиям к полосе пропускания и фазовым характеристикам. Простая и понятная схема фильтра легко поддается анализу и имеет всего три пассивных компонента. Более дорогие активные фильтры или более сложные пассивные фильтры позволяют улучшить характеристики фильтра, но вносят больше шумов в петлю ФАПЧ.

Для большинства конструкций все три компонента фильтра могут быть быстро найдены при помощи алгоритма расчета. В самом простом случае достаточно ввести лишь значение частоты передачи. Убедитесь, что значение этой частоты соответствует региональным нормам. Чтобы немного оптимизировать свою конструкцию, вы можете также изменить значения, принятые по умолчанию для полосы пропускания, запаса по фазе и паразитной емкости.

Мы знаем, что фильтр ФАПЧ формирует постоянное напряжение, поступающее на вход ГУН. Но выходная частота ГУН не абсолютно зависит от управляющего напряжения, поскольку характеристика ГУН не совсем линейная. Кроме того, и напряжение на выходе реального фильтра изменяется не по линейному закону. На рис. 5.8 изображена кривая отклика ГУН, основанная на реальных измерениях. Фирменный алгоритм расчета использует не линейное выражение, а табличный подбор измеренных значений для определения коэффициента усиления петли.

При амплитудной манипуляции (ASK) меняется только амплитуда сигнала передатчика, значение несущей частоты остается неизменным. Поэтому фильтр может иметь большое время отклика для эффективной фильтрации шумов. Но отклик фильтра должен быть достаточно быстрым для того, чтобы при включении питания петля ФАПЧ успела стабилизировать выходную частоту до того, как начнется передача. Кроме того, быстрая петля ФАПЧ снижает непредвиденную частотную модуляцию, возникающую при колебаниях питающего напряжения.

Рис. 5.8. Типовое напряжение на фильтре и кривая отклика ГУН

При частотной манипуляции (FSK) скачкообразно меняется частота излучения, тогда как амплитуда остается неизменной. Для достижения высокой скорости передачи данных при малой межсимвольной интерференции частота должна меняться быстро и точно. Уменьшение запаса по фазе и увеличение полосы пропускания позволяет улучшить такой параметр канала передачи данных, как время установления при старте передачи каждого бита. В большинстве случаев установленной по умолчанию полосы пропускания 1 МГц достаточно для стабильной работы устройства, причем скорость передачи данных ограничивается тем, насколько сильно смещается частота опорного кварцевого генератора при модуляции.



Похожие документы:

  1. Циклические программы. Оператор цикла с постусловием. Оператор цикла с предусловием. Оператор цикла со счетчиком. Операторы break, continue

    Решение
    ... оптимальности фильтра Винера–Колмогорова и фильтра Калмана. Изобразите функциональную схему цифровой системы ФАПЧ и опишите ... этой зависимости. Выбор угла отсечки и основы расчета. Энергетические соотношения. Схемы на транзисторах ...
  2. Конспект лекций по учебной дисциплине системы связи с подвижными объектами (наименование учебной дисциплины) по специальности (направлению подготовки)

    Конспект лекций
    ... 1 15 1 1 1 0 1 1 1 1 16 1 1 1 1 0 0 0 1 17 1 1 1 1 0 1 1 1 18 1 1 1 1 1 1 0 1 На основе псевдослучайных последовательностей формируют псевдослучайные сигналы ... пример расчета фильтра по эквалайзингу ... синтезатор частоты с ФАПЧ и собственно радиотракт. ...
  3. Мощные высокочастотные транзисторы

    Документ
    ... коммутируемых фильтрах, так и путем построения усилителя на основе мощного ... по­строенный на основе мощного автогенератора с ФАПЧ усилитель эквивалентен узкополосному ... ameliore. 65. Красилич Г. П. Расчет полупроводникового вентиля. — Известия вузов СССР ...
  4. Радиотехника». Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2009

    Документ
    ... Таблицы с данными экспериментов и расчетов. 3. Графики экспериментальных и расчетных ... генератора и в фильтрах источников питания. Наличие ... методы синтеза положены в основу построения двух- и многоуровневых ... для замкнутой петли ФАПЧ. 6.1. Установить ...
  5. 1. Основные понятия об организации ЭВМ и систем 5

    Документ
    ... значенных для финансово-экономических расчетов, часто при­меняется ... фильтр и ГУН образуют замкнутый контур фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). ... вырабатываются однокристальным микроконтроллером на основе предварительного анализа записываемой информации ...

Другие похожие документы..