Тактовая синхронизация

Основное назначение тактовой синхронизации – обеспечение темпа передачи и согласование скоростей передачи и приема информации. Нарушение тактовой синхронизации приводит к увеличению вероятности ошибок приема, срыву ЦС и СЦС, прекращению работы ЦСП.

Рассмотрим способы реализации ТС. Они делятся на две группы: 1 – резонансные; 2 – с использованием фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В свою очередь резонансные устройства ТС бывают с передачей специальных сигналов и с использованием рабочих символов, т.е. импульсных последовательностей группового сигнала. Последний способ носит название – выделение тактовой частоты (ВТЧ). Он является наиболее распространенным в устройствах тактовой синхронизации.

Рассмотрим алгоритм и принцип действия резонансного устройства выделения тактовой частоты (УВТЧ). Как известно из раздела 4.3, в сигнале ЧПИ, или МЧПИ, который передается в тракте ЦСП, не содержится тактовая частота (рисунок 4.33). в однополярном двоичном сигнале такая дискретная частота есть. Таким образом, алгоритм ВТЧ представляет собой: ЧПИ (МЧПИ) ® двоичный сигнал ® фильтр ® формирователь импульсов.

Рисунок 4.33 – Спектры цифровых сигналов

Блок-схема УВТЧ, работающего в соответствии с этим алгоритмом, представлена на рисунке 4.34. Здесь входной сигнал вначале усиливается усилителем, затем сигнал ЧПИ с помощью двухполупериодного выпрямителя преобразуется в однополярный цифровой сигнал. Тактовые импульсы получаются после фильтрации сигнала в резонансном фильтре, настроенном на тактовую частоту f_Т, и прохождения гармонического сигнала через формирователь.

Рисунок 4.34 – Блок-схема резонансного УВТЧ

Резонансные УВТЧ широко применяются в оконечной приемной аппаратуре ЦСП, в регенераторах. Основным недостатком резонансных УВТЧ является нестабильность тактовой частоты. Причина этой нестабильности иллюстрируется рисунком 4.35.

Рисунок 4.35 – Процесс выделения тактовой частоты

Здесь изображены сигналы на входе (а) и на выходе (б) фильтра. Моменты выделения тактовой частоты определяются пороговым напряжением S_пор. При нарастании и спаде амплитуды гармонического сигнала эти моменты t₁, t₂, t₃ и др. не будут строго периодичны, что и приводит к нестабильности тактовой синхронизации и даже к ее срыву. Для устранения этой причины и применяют коды МЧПИ, HDB-3 и другие, которые не допускают в импульсных последовательностях большого количества нулей, следующих подряд.

Схема УВТЧ с ФАПЧ приведена на рисунке 4.36. Здесь тактовые импульсы вырабатываются управляемым генератором ГТЧ, который подстраивается с помощью фазового детектора под тактовую частоту входного сигнала.

Рисунок 4.36– Блок-схема УВТЧ с ФАПЧ

Амплитуда импульсов на выходе фазового детектора пропорциональна разности частот ГТЧ и входного сигнала. Для сглаживания управляющего напряжения и плавной регулировки в устройстве применен интегратор.

Непосредственное воздействие управляющего устройства на ГТЧ обладает существенным недостатком – невысокой точностью синхронизации. Причина заключается в низкой стабильности частоты управляемого ГТЧ. Для устранения этого недостатка используют схему ФАПЧ без непосредственного воздействия управляющего устройства на частоту ГТЧ (рисунок 4.37).

Рисунок 4.37 – Схема УВТЧ с ФАПЧ без непосредственного

воздействия на генератор

Здесь частота генератора в m раз больше f_Т и управление ею осуществляется с помощью устройства управления УУ, которое из импульсной последовательности исключает или добавляет к ней импульсы в соответствии с состоянием цифрового интегратора (реверсивного счетчика (ЦИ). Делитель частоты ДЧ уравнивает частоты входного и опорного сигнала. При процедуре деления эффект нерегулярности следования импульсов от УУ за счет добавления или исключения сглаживается, а эффект регулирования тактовой частоты остается.