Схема восстановления синхросигналов для зашумленных систем

Texas Instruments CD74HC04 NE5534 TL071A

Luis Brugarolas

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2020

Luis Brugarolas

EDN

Предлагаемая схема восстановления синхронизации может работать с цифровыми сигналами NRZ (Nonreturn To Zero – без возврата к нулю) даже при низких отношениях сигнал/шум. Подсистема основана на схеме ФАПЧ, состоящей из фазового компаратора, петлевого фильтра и управляемого напряжением генератора (ГУН). Если фазовый компаратор расположен после блока демодулятора, типичным критерием сравнения является пересечение нуля принимаемого сигнала (фронты сигналов, совместимых с ТТЛ). Выходное напряжение фазового компаратора должно быть пропорционально разности фаз между входящим сигналом и синхросигналом, генерируемым ГУН. Но, в отличие от фазового компаратора, основанного на синтезаторе, сравнение должно происходить только при наличии информации, то есть на переходах уровня сигнала данных. В отсутствие переходов система восстановления должна запрещать работу фазового компаратора для минимизации его шумов. На Рисунке 1 представлена схема фазового компаратора, которую можно реализовать на ПЛИС или ППВМ (программируемой вентильной матрице). Испытания показали, что компаратор устойчиво работает в демодуляторе VSAT при потоке данных 2 Мбит/с с отношением сигнал шум 6 дБ или ниже. Компаратор легко захватывает и отслеживает сигнал.

Фазовый компаратор для системы восстановления синхронизации может быть сделан на основе программируемой логической микросхемы.
Рисунок 1. Фазовый компаратор для системы восстановления синхронизации может быть
сделан на основе программируемой логической микросхемы.

В фазовом компараторе использованы три D-триггера с входами асинхронного сброса. Компаратор имеет два входа: RxD и RxC и два выхода: CKR_ERRA и CKR_ERRB. Эти входы и выходы формируют тройственную комбинацию выходных сигналов: высокие уровни на обоих выходах увеличивают частоту, оба низких уменьшают частоту, сигналы противоположных уровней оставляют частоту без изменения. Они образуют конечный автомат:

  1. Передний фронт на входе данных запускает CKR_ERRA.
  2. Следующий после запуска передний фронт RxC запускает CKR_ERRB и сбрасывает CKR_ERRA.
  3. Следующий спадающий фронт RxC (то есть, на пол периода тактовой частоты позже) сбрасывает CKR_ERRB.
Нижний сигнал отображает абсолютное значение разности между CKR_ERRA и CKR_ERRB.
Рисунок 2. Нижний сигнал отображает абсолютное значение разности
между CKR_ERRA и CKR_ERRB.

Работа фазового компаратора иллюстрируется Рисунком 2. Передаточная функция компаратора нелинейна (Рисунок 3) и соответствует выражению

где

t – время от переднего фронта RxD до переднего фронта RxC;
T – период импульсов RxC.

Выходное напряжение фазового компаратора нелинейно, однако для функции восстановления синхронизации эта нелинейность несущественна.
Рисунок 3. Выходное напряжение фазового компаратора нелинейно, однако
для функции восстановления синхронизации эта нелинейность
несущественна.

Нелинейный характер передаточной функции не является ограничением, поскольку система работает вблизи точки, в которой t = T/2. Кроме того, наличие шума эффективно снижает коэффициент усиления компаратора и сглаживает его работу. Таким образом, в конструкции ФАПЧ должны учитываться изменения в передаточной функции компаратора. На Рисунке 4 показана упрощенная окончательная реализация схемы ФАПЧ. Для ослабления коммутационных помех выходные сигналы программируемого логического устройства буферизуются. Сигнал для неинвертирующего опорного входа операционного усилителя TL071 формируется из отфильтрованного симметричного тактового сигнала; это значит, что опорный уровень находится точно посередине между высоким и низким логическими уровнями. Следовательно, работа системы не зависит от напряжения питания.

Для полной схемы восстановления синхронизации требуется очень мало компонентов.
Рисунок 4. Для полной схемы восстановления синхронизации требуется очень мало компонентов.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD74HC04
  2. Datasheet Texas Instruments NE5534
  3. Texas Instruments TL071A
  4. Datasheet TOYOCOM TCO-730

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Clock-recovery scheme suits low-SNR systems

JLCPCP: 2USD 2Layer 5PCBs, 5USD 4Layer 5PCBs

CD74HC04 Купить ЦенаКупить CD74HC04 на РадиоЛоцман.Цены — от 0,62 до 339
29 предложений от 23 поставщиков
74HC CMOS SMD 74HC04 SOIC14 Logic IC Function:Hex Inverter Logic IC Family:HC Logic IC Base Number:7404 Current Output Max:25mA Voltage Supply...
Триема
Россия
CD74HC04M
Texas Instruments
1 ₽
Стандарт СИЗ
Россия
CD74HC04M
Texas Instruments
4 ₽
Контест
Россия
CD74HC04M96
6 ₽
T-electron
Россия и страны СНГ
CD74HC04M96
Texas Instruments
12 ₽
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя