Програмно-апаратна реалізація та експериментальне дослідження пристроїв фазової синхронізації з підвищеною завадостійкістю

Abstract

This paper presents a method for improvement of the phase-locked loop (PLL) noise immunity by using a modified phase detector. The article shows structural diagram of the PLL with the modified phase detector and describes the criterion for choosing the parameters of the narrowband filter and the high-pass filter to prevent distortions of information signal. Simulation of both classical and modified devices was carried out to find a noise threshold, which causes phase-locked loop to unlock. Simulation results show that multiple cycle slips of synchronization in short period of time in modified PLL occur for higher levels of noise (by 1.5–4 dB depending on PLL parameters), than in classical PLL. Both devices were software implemented on FPGA (field programmable gate array) logic and experimental studies of their noise immunity were conducted. The results of experimental studies qualitatively correspond to simulation ones and show that the that noise threshold of the modified phase detector is greater up to 1–2.5 dB depending on the device parameters. Experimental research also shows that modified phase detector does not deteriorate the dynamic properties of whole device and even improves them in comparison to classical PLL.Предложен способ повышения помехоустойчивости детектора фазоманипулированных (ФМ) сигналов на основе устройства фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) путем использования его модификации.Задача повышения помехоустойчивости систем связи до сих пор шла в противоречии с задачей достижения высоких динамических показателей устройства для эффективной и корректной обработки ФМ-сигналов с большим индексом модуляции. Улучшение помехоустойчивости системы означало ухудшение ее динамического поведения и наоборот. Предложенный способ позволяет снизить шумовой порог устройства, не ухудшая при этом его динамических свойств.Имитационное моделирование предельной помехоустойчивости классического и модифицированного устройств проводилось для двух критериев срыва синхронизации. В обоих случаях помехоустойчивость модифицированного устройства является лучшей. Результаты имитационного моделирования показывают, что аномальные перескоки фазы опорного генератора модифицированного устройства за короткое время наблюдаются для больших уровней шума, чем в классическом устройства (на 1,5-4 дБ в зависимости от параметров устройства).Оба варианта устройств были физически реализованы на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) с целью проведения экспериментальных исследований помехоустойчивости этих устройств и проверки результатов имитационного моделирования. Экспериментальные исследования качественно подтвердили результаты моделирования и показывают, что использование модифицированного фазового детектора дает выигрыш в помехоустойчивости на 1-2,5 дБ в зависимости от параметров устройства. Динамические свойства модифицированного устройства при этом не ухудшаются.Приведенные результаты показывают значительные перспективы использования устройств ФАПЧ с повышенной помехоустойчивостью в системах связи различного назначения, которые работают в сложной помеховой обстановкеЗапропоновано спосіб підвищення завадостійкості детектора фазоманіпульованих (ФМ) сигналів на основі пристрою фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ) шляхом використання його модифікації.Задача підвищення завадостійкості систем зв’язку до цих пір йшла в протиріччі із завданням досягнення високих динамічних показників пристрою для ефективної та коректної обробки ФМ-сигналів з великим індексом модуляції. Покращення завадостійкості системи означало погіршення її динамічної поведінки і навпаки. Запропонований спосіб дає можливість знизити шумовий поріг пристрою, не погіршуючи при цьому його динамічних властивостей.Імітаційне моделювання граничної завадостійкості класичного та модифікованого пристроїв проводилось для двох критеріїв зриву синхронізації. В обох випадках завадостійкість модифікованого пристрою є кращою. Результати імітаційного моделювання показують, що аномальні стрибки фази опорного генератора модифікованого пристрою за короткий час спостерігаються для більших рівнів шуму, ніж в класичному пристрої (на 1,5-4 дБ залежно від параметрів пристрою).Обидва варіанти пристроїв були фізично реалізовані на базі програмованої логічної інтегральної схеми (ПЛІС) з метою проведення експериментальних досліджень завадостійкості цих пристроїв та перевірки результатів імітаційного моделювання. Експериментальні дослідження якісно підтвердили результати моделювання та показують, що використання модифікованого фазового детектора дає виграш у завадостійкості на 1-2,5 дБ залежно від параметрів пристрою. Динамічні властивості модифікованого пристрою при цьому не погіршуються.Наведені результати демонструють неабиякі перспективи використання пристроїв ФАПЧ з підвищеною завадостійкістю у системах зв’язку різноманітного призначення, що працюють в складній завадовій обстановціЗапропоновано спосіб підвищення завадостійкості детектора фазоманіпульованих (ФМ) сигналів на основі пристрою фазового автопідстроювання частоти (ФАПЧ) шляхом використання його модифікації.Задача підвищення завадостійкості систем зв’язку до цих пір йшла в протиріччі із завданням досягнення високих динамічних показників пристрою для ефективної та коректної обробки ФМ-сигналів з великим індексом модуляції. Покращення завадостійкості системи означало погіршення її динамічної поведінки і навпаки. Запропонований спосіб дає можливість знизити шумовий поріг пристрою, не погіршуючи при цьому його динамічних властивостей.Імітаційне моделювання граничної завадостійкості класичного та модифікованого пристроїв проводилось для двох критеріїв зриву синхронізації. В обох випадках завадостійкість модифікованого пристрою є кращою. Результати імітаційного моделювання показують, що аномальні стрибки фази опорного генератора модифікованого пристрою за короткий час спостерігаються для більших рівнів шуму, ніж в класичному пристрої (на 1,5-4 дБ залежно від параметрів пристрою).Обидва варіанти пристроїв були фізично реалізовані на базі програмованої логічної інтегральної схеми (ПЛІС) з метою проведення експериментальних досліджень завадостійкості цих пристроїв та перевірки результатів імітаційного моделювання. Експериментальні дослідження якісно підтвердили результати моделювання та показують, що використання модифікованого фазового детектора дає виграш у завадостійкості на 1-2,5 дБ залежно від параметрів пристрою. Динамічні властивості модифікованого пристрою при цьому не погіршуються.Наведені результати демонструють неабиякі перспективи використання пристроїв ФАПЧ з підвищеною завадостійкістю у системах зв’язку різноманітного призначення, що працюють в складній завадовій обстановц