Источник:Сборник студенческих научных работ факультета КИТА 2007 г.

Общая постановка проблемы. В современных условиях передача информации осуществляется на основе сетевых принципов. При совместном функционировании нескольких цифровых систем передачи в единой цифровой сети возникает проблема синхронизации. Основой для решения данной проблемы является построение системы тактовой сетевой синхронизации (ТСС). В настоящее время на цифровых сетях телекоммуникаций применяется построение сетей ТСС только с принудительным способом синхронизации, где в качестве ведомых генераторов довольно широко применяются цезиевые и водородные генераторы[1]. Данный тип оборудования является достаточно дорогостоящим, поэтому экономически целесообразным является разработка более дешевого оборудования. Поэтому в качестве ведомого генератора можно предложить использование генератора на основе ФАПЧ. Целью данной работы является обоснование и разработка аналитической и цифровой модели системы ФАПЧ, позволяющей улучшить качество функционирования сети ТСС. Решение задач и результаты исследований. В качестве примера данная задача решается для сети со скоростью передачи 2 Мбит/с. В соответствии с рекомендациями ITU_T G.703/13 синхронным частотным сигналом для такой сети является сигнал частотой 2,048 МГц [2]. В качестве примера реализации ведомого генератора выбрана система ФАПЧ на основе ИМС 4046 (рис.1).



Рисунок 1 – Принципиальная схема ФАПЧ

К данной системе в соответствии с рекомендациями ITU_T G812 и стандартов ETS предъявляются следующие требования:высокая точность поддержания номинального значения тактовой частоты на всех участках цифровой сети; дрожание фазы (джиттер) не должен превышать 5% от длительности единичного интервала во входном сигнале.

Для построения аналитической и цифровой модели системы рассчитываем значение элементов, входящих в состав ФАПЧ, в соответствии с методикой, приведенной в [4]. В качестве фильтра низких частот выбираем пассивный RC фильтр.

Примем средние значение частоты синхронизации в соответствии с[3] f0=2,048 МГц, нестабильность по частоте в пределах 1%. Тогда fmax=2,068 МГц, fmin=2,028 МГЦ, ширина полосы захвата 2fc=20КГц, частота среза фильтра fp=10КГц. Напряжение питания микросхемы Uпит=6В в соответствии с рекомендациями [5].

Рассчитываем параметры фильтра по формуле (1) [4]:



Отсюда



Пусть Сф=0,1мкФ (т.к. такой конденсатор является удобным для применения, имеет небольшие габариты и емкость, способствуя меньшей нагрузки ИМС), тогда



Определим коэффициент усиления ГУН из формулы (11) [4]:



Отсюда:



Определяем значения R1, R2, C2 воспользовавшись ограничениями [6]: 3кОм < R1 < 300кОм; 3кОм < R2< 300кОм; R1||R2>2,7кОм; C1>40пФ.

Выбираем по рис. 29 [6] R1=10 кОм, тогда С1=2 нФ, выбираем R2=4,7 кОм (чтобы R1||R2 > 2,7 кОм).

Параметры элементов схемы:R1=10 кОм; R2=4,7 кОм; Rф=160 Ом; Сф=0,1мкФ; С1=2 нФ.

В качестве фазового детектора (ФД) системы ФАПЧ используем фазовый детектор “исключающее или”. Аналитическую модель системы представим в виде передаточных функций. Для этого воспользуемся методикой, приведенной в [5].

а) передаточная функция разомкнутой системы



б) передаточная функция замкнутой системы



Где КФНЧ(р) – передаточная функция фильтра, КФд(р) –передаточная функция ФД, КГУН(р) – передаточная функция генератора, управляемого напряжением.



КГУН(р) приведен в формуле (2)



При замене р на jw, переходим к комплексным коэффициентам передачи:

а) комплексный коэффициент передачи разомкнутой системы



б) комплексный коэффициент передачи замкнутой системы



График амплитудно-частотной характеристики разомкнутой системы, который построен в виде


представлен на рис.2


Рисунок 2 – Модуль коэффициента передачи разомкнутой системы

Цифровая модель, построенная в моделирующем пакете System View (рис.3). Входной опорный сигнал представлен последовательностью прямоугольных импульсов с частотой 2,048 МГц.



Рисунок 3 – Структурная схема цифровой модели ФАПЧ

Сигнал на выходе фильтра (рис.4) характеризует протекающий в системе процесс захвата и последующий переход системы в установившийся режим.



Рисунок 4 – Сигнал на выходе фильтра

Проведя сравнения сигнала на входе ФАПЧ, представленного последовательностью прямоугольных импульсов с частотой 2,048 МГц и амплитудой 1В, с сигналом на выходе ФАПЧ (сигнал на выходе делителя), представленного также последовательностью прямоугольных импульсов с той же частотой и амплитудой, выявлены такие особенности функционирования системы: сигналы являются одинаковыми по частоте и амплитуде, но на временном интервале, равном 10мс начиная с 5 мс наблюдается незначительное отставание сигнала на выходе от сигнала на входе, равное 0,02 мкс. Это объясняется особенностями работы сстемы:фазовый сдвиг необходим для работы ГУН.

Выводы

1.Полученная аналитическая модель не противоречит зависимостям для ФАПЧ ранее изложенным в [5]. Это является предпосылкой для дальнейшего исследования и разработки систем тактовой синхронизации, построенных на основе ФАПЧ.

2. Средствами цифрового моделирования показана работоспособность выбранного варианта построения ведомого генератора сети синхронизации на основе ФАПЧ.

3. Уровень собственного джиттера модели достаточно мал, что бы исследовать это явление, возникающее из-за внешних причин. Данная особенность функционирования модели объясняется заложенной в неё идеализацией условий работы системы.

Перечень ссылок

1. Давыдкин П.Н., Колтунов М.Н., Рыжков А.П. Тактовая сетевая синхронизация. – М.: Эко-Трендз, 2004. – 205с.

2. Рекомендации ITU_T G.703/13.

3. Методические указания к выполнению лабораторных работ по системам ФАПЧ. Массачусетский технический университет.2002.

4.http://www.nxp.com/acrobat_download/datasheets/74HC_HCT4046A_CNV_2.pdf Datesheet for 4046. 5. Уильрих Л. Роде. Синтезаторы для микроволновых средств и беспроводной связи

Библиотека

---

ДонНТУ>Портал магистров ДонНТУ

© ДонНТУ 2008, Александра Аллилуйкина





---