.Авторы Л.Н. Щелованов, Г.С. Антонова, Е.М. Доронин, С.В. Рыжкова. Глава 3 из учебного пособияОСНОВЫ ТЕОРИИ ТАКТОВОЙ
СЕТЕВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИИсточник: http://www.dvo.sut.ru/libr/opds/i052shel/3.htm
Наиболее общей является система тактовой сетевой синхронизации (ТСС). В этом случае система ТСС обеспечивает когерентность колебаний генераторов тактовой частоты (ГТЧ) на множестве узлов цифровой сети связи.
Система ТСС представляет собой совокупность ведущих и ведомых генераторов и каналов синхронизации, образуя сеть тактовой синхронизации.
В частном случае, когда число узлов сети синхронизации равно двум, сеть синхронизации вырождается в двухполюсную систему, используемую в аппаратуре ПД, состоящей из передатчика и приемника.
Существует три разновидности систем ТСС:
Рассмотрим структурные схемы различных систем ТСС на примере сети тактовой синхронизации, состоящей из 4 узлов. В системе синхронизации "от главного генератора" (рис. 3.1) в качестве ведущего генератора используется ПЭГ высокой стабильности по частоте .
Ведомые генераторы (вторичные) реализованы в виде фазовых автоподстроек частоты (ФАПЧ).
Рис. 3.1. Структурная схема ТСС вида "ведущий-ведомый"
ПЭГ "ведет" генераторы фазовых автоподстроек частоты с точностью до фазы, средняя частотная расстройка генераторов ФАПЧ устраняется полностью. С выходов ФАПЧ синхронизированные колебания поступают в генераторное оборудование узлов коммутации, ЦСП, аппаратуру ПД.
В системе взаимной синхронизации генераторов (СВСГ) (рис. 3.2) ведущий генератор отсутствует, в сети синхронизации имеются лишь ведомые генераторы (устройства ФАПЧ), которые взаимно подстраивают друг друга по частоте и фазе. В результате средние частоты ведомых генераторов ФАПЧ на узлах сети синхронизации будут одинаковы.
Рис. 3.2. Структурная схема системы взаимной синхронизации генераторов
Плезиохронная синхронизация (рис. 3.3) является автономной системой синхронизации. В этом случае генераторное оборудование отдельных узлов коммутации и ЦСП синхронизируется автономно от первичных эталонных генераторов с относительной нестабильностью по частоте 
.
Рис. 3.3. Структурная схема плезиохронной синхронизации
Каждая из рассмотренных систем синхронизации имеет преимущества и недостатки. Так, система синхронизации "от главного генератора" требует принятия специальных мер для повышения ее помехозащищенности и живучести; система взаимной синхронизации генераторов не обеспечивает выполнения требования по стабильности частот ведомых генераторов; плезиохронная система синхронизации не обеспечивает равенства фаз генераторов и сложна в эксплуатации.
Тем не менее следует отдать предпочтение системе синхронизации "от главного генератора"
3.2. Фазовая автоподстройка частоты
В системах тактовой сетевой синхронизации в качестве ведомых генераторов, как правило, используются фазовые автоподстройки частоты. ФАПЧ является системой автоматического управления (следящей системой), поэтому дальнейшее теоретическое исследование ФАПЧ будет проведено на основе теории автоматического управления.
Имеются две основные разновидности ФАПЧ:
ФАПЧ с ПЧ является цифровой ФАПЧ (ЦФАПЧ). В теории ЦФАПЧ [14] преобразователь частоты (ПЧ) именуется подстраиваемым генератором (ПГ).
Рис. 3.4. Функциональная схема ФАПЧ с ГУН
Рис. 3.5. Функциональная схема ФАПЧ с ЗГ вне контура управления
В качестве преобразователя частоты используются:
Рассмотрим назначение отдельных элементов и физические процессы, происходящие в ФАПЧ с ГУН в контуре управления (рис. 3.4).
Фазовый дискриминатор (ФД) состоит из вычитателя фаз и фильтра фазового дискриминатора (ФФД). На вход ФАПЧ поступают синхроимпульсы (СИ), например в виде последовательности коротких импульсов (рис. 3.6). На второй вход вычитателя с выхода контура управления подаются колебания от ГУН. Вычитатель фаз сравнивает фазы СИ и ГУН, и на его выходе образуется последовательность коротких импульсов, высота (амплитуда) которых пропорциональна разности фаз СИ и колебаниям ГУН. ФФД пропускает лишь низкочастотную составляющую последовательности коротких импульсов DU. В качестве ФНЧ используется пропорционально-интегрирующий фильтр первого или второго порядка. Он служит для повышения помехозащищенности ФАПЧ (отфильтровывает высокочастотные помехи), а также обеспечивает требуемое качество работы ФАПЧ (динамику работы). ГУН является объектом управления, он должен отвечать совокупности требований:
.Приведенные требования противоречивы, так как при улучшении управляемости увеличивается относительная нестабильность ГУН. Средняя относительная нестабильность управляемых по частоте генераторов 
.
Поясним физические процессы, происходящие при работе ФАПЧ.
На рис. 3.6 приведены временные диаграммы двух сравниваемых по фазе колебаний: последовательности СИ в виде коротких импульсов и пилообразного колебания, поступающего от ГУН.
Рассмотрим 3 случая:
При совпадении собственных частот СИ и ГУН (рис. 3.6, а) моментам появления СИ соответствует нулевое значение напряжения пилообразного колебания. Этот случай относится к синфазному случаю. На выходе вычитателя напряжение будет равно нулю и ГУН сохранит частоту колебаний. При увеличении частоты СИ (рис. 3.6, б) происходит фазовый сдвиг между колебаниями СИ и ГУН, в результате чего моментам появления СИ будет соответствовать положительное напряжение +DU пилообразного колебания.
На выходе вычитателя образуется последовательность коротких импульсов, амплитуда которых будет пропорциональна фазовому сдвигу между колебаниями СИ и ГУН. С помощью фильтров из последовательности импульсов выделяется средняя (постоянная) составляющая напряжения управления, вследствие чего частота ГУН изменится и после окончания переходного процесса станет равной частоте СИ. Аналогичный процесс происходит при уменьшении частоты СИ, но в этом случае образуется управляющее напряжение противоположного знака, приводящее к уменьшению частоты ГУН. Таким образом, в процессе работы ФАПЧ за счет изменения собственных частот СИ и ГУН образуется фазовый сдвиг между сравниваемыми по фазе колебаниями (фазовая ошибка), приводящий к изменению управляющего напряжения DU и устранению разности частот между колебаниями СИ и ГУН. Частота ГУН следит за изменением частоты СИ и частотная расстройка устраняется ценой образования фазовой ошибки. Таким образом, ФАПЧ работает с точностью до фазы. Необходимо стремиться, чтобы образующаяся фазовая ошибка была минимальной.
Рис. 3.6. Временные диаграммы, поясняющие работу ФАПЧ с ГУН