Расчет петлевого фильтра ФАПЧ Опции

[Acvarif]

Погуглив данную тему ничего внятного по этому поводу не нашел кроме
http://www.dsplib.ru/content/dpll/dpll.html
Речь идет про расчет коэффициентов петлевого фильтра.
В качестве петлевого фильтра часто применяется FIR, коэффициенты которого можно посчитать в Матлаб.
Как можно соотнести расчет коэффициентов петлевого фильтра с расчетом собственно коэффициентов FIR в Матлаб?
Для FIR Матлаб нужны всего несколько вполне определенных параметров, частота дискретизации, Fstop Fpass и пр.,
но никак не Кр Кi g1 и g2.

[Stanislav]

В чем отличие в петле КИХ от БИХ? Только эффективностью?

Нет.
Это структуры с несколько разными свойствами. И применимость их зависит от задачи, и ресурсов для её исполнения.
Вкратце.
Преимущества, для систем автоматического регулирования (в частности, ФАПЧ).
КИХ - устойчивость, применимость в системах малой разрядности (вплоть до 8-битных, хоть это уже архаизм). Произвольность формы ИХ. Возможность минимизации длительности переходного процесса. Более высокая, чем у БИХ, устойчивость в петле ФАП.
БИХ - возможность зануления матожиданий ошибок и их производных. Малый объём математических действий.

Недостатки.
КИХ - сравнительно длинный буфер памяти процесса, большой объём арифметических действий. Невозможность полной компенсации ошибок (фазы).
БИХ- требуется высокая (на несколько порядков выше, чем у КИХ) точность вычислений. Бесконечное время переходного процесса. Ограниченные возможности для создания ИХ произвольной формы. Худшая, чем у КИХ, устойчивость в петле ФАП.

Прежде, чем создавать систему ФАПЧ, следует задаться её параметрами.


----------------------------------------------------

Потому что ФАПЧ это не просто какие-то КИХ и БИХ,..

Вот и я про то же.
Посему, не следует с ходу отметать ту, или иную, её реализацию.

...а вполне определённая штука с разработанной теорией, которая работает наилучшим образом,..

Дык, теория должна работать на результат, а не результат - на теорию.
А требования могут быть разными.

...в которой важно именно количество интеграторов в петле, которая сама по себе фильтрует очень хорошо, характеристики которой в принципе практически невозможно улучшить никакими КИХ фильтрами.

Простите, разве теория что-то говорит о необходимости интеграторов в петле?
Мне казалось, что теория допускает как их присутствие, так и полное отсутствие.

...Инженер может многого не знать, но должен интуитивно определять, что нужно взять и изучить, а не изобретать кривой убогий велосипед, который он делал.

Ну, раз так, то без обид.
Инженер должен чётко понимать задачу, и находить её решения, вместо того, чтоб тупо ездить на велосипеде, созданном ещё во времена ламповой техники.


--------------------------------------

Спасибо. Полезный документ.
Стало совсем все плохо, поскольку я еще долго не смогу понять почему у меня ФАПЧ с петлевым КИХ таки работает.

Интереснее будет вопрос: почему она не должна работать?
(Небольшой секрет: для петли АР больше подходят т.н. "минимально-фазовые" КИХ-фильтры, обладающие меньшей групповой задержкой, чем "симметричные". В Матлабе есть средства для их расчёта.)

Несущая 36 000 Гц. ФАПЧ устойчиво работает в полосе +- 60 Гц. Если больше все разваливается.
Какую максимальную полосу захвата для этой несущей может обеспечить ФАПЧ сделанная по всем правилам?

Что значит "разваливается"?

Да, определитесь с понятиями "полоса захвата" и "полоса слежения". Это существенно разные вещи.
И постарайтесь описать сигнал.

[petrov]

Простите, разве теория что-то говорит о необходимости интеграторов в петле?
Мне казалось, что теория допускает как их присутствие, так и полное отсутствие.

Действительно казалось, не допускает.

вместо того, чтоб тупо ездить на велосипеде, созданном ещё во времена ламповой техники.

Время не влияет, в том-то и беда, что даже тупо ездить ещё не научились.

[Stanislav]

Действительно казалось, не допускает.

Тогда мне остаётся лишь признать, что системы ФАПЧ с КИХ-фильтром в петле ООС, созданной Вашим покорным слугой ещё 20+ лет тому, в действительности не существует.
Поскольку, этого не допускает теория.

Время не влияет, в том-то и беда, что даже тупо ездить ещё не научились.

Тогда уж позвольте и мне "зайти с козырей": интеграторов, о которых Вы пишете, в цифровой технике не существует.
Есть лишь их аппроксимация, различной степени убогости (Ваше выражение).
Потому, "ламповая теория" в системах ЦОС, строго говоря, может быть применена только условно.

------------------------------------------------------------------------

У фапч без интегрирующих звеньев в петлевом фильтре всегда будет остаточная ошибка. Это легко проверяется как теоретическими выкладками, так и моделированием.

А в посте #11 данной темы разве не про это написано?
Смысла ломиться в открытую дверь не вижу.

Если по каким-то причинам нужна петля с такими странными свойствами, то нет никакого смысла ставить КИХ в качестве ПФ.

Вы просто не понимаете, о чём пишете.
Смысл, в конкретных задачах, таки есть. Прочитайте ещё раз пост #11 внимательно.

А вот конкретная вводная.
Систематическая ошибка по фазе в пару градусов не волнует. Важно лишь равенство частот сигнала и генератора.
Зато волнует время установления переходного процесса. Скажем, при скачкообразном изменении (несущей) частоты входного сигнала, в аддитивном полосовом шуме.
Держу пари, что с КИХ-фильтром в ООС решение будет лучше, чем "по теории", в Вашей (и ув. petrov) интерпретации.

[quato_a]

А вот конкретная вводная.
Систематическая ошибка по фазе в пару градусов не волнует. Важно лишь равенство частот сигнала и генератора.
Зато волнует время установления переходного процесса. Скажем, при скачкообразном изменении (несущей) частоты входного сигнала, в аддитивном полосовом шуме.
Держу пари, что с КИХ-фильтром в ООС решение будет лучше, чем "по теории", в Вашей (и ув. petrov) интерпретации.

Приведите, пожалуйста, пример скачкообразного изменения частоты несущей?
В каких ситуациях такое может происходить со входным сигналом?

[Stanislav]

Приведите, пожалуйста, пример скачкообразного изменения частоты несущей?
В каких ситуациях такое может происходить со входным сигналом?

Если Вы слышали о frequency hopping (ппрч), то вот Вам оно и пример.
Используется чаще, чем могут представить апологеты теорий с интеграторами.

[quato_a]

Если Вы слышали о frequency hopping (ппрч), то вот Вам оно и пример.
Используется чаще, чем могут представить апологеты теорий с интеграторами.

Если Вы говорите о использовании ФАПЧ для слежения за частотными скачками, то это представить пока тяжко, поскольку, псевдослучайные скачки частот организуются, как правило, в достаточно широкой полосе сетки частот относительно полосы элементарного символа (например, 30 - 100 МГц относительно 60 кГц).

Если пропустить синхронизацию по сетке частот, то возникает следующее - начальная фаза каждой новой частоты несет случайный характер из-за специфики перестройки аналоговых синтезаторов частот и в этом случае фазовый детектор в петле ФАПЧ будет отрабатывать тоже рандомно.

Не забыть, речь идет о быстрой ППРЧ

[Acvarif]

Странно, почему в сети столько примеров ФАПЧ с FIR в качестве петлевого фильтра?
Например https://www.youtube.com/watch?v=q-82PXkwwgY
А вот, собственно и сам автор https://www.berndporr.me.uk/
Bernd Porr works in academia, technology and the arts.
He is a lecturer at the University of Glasgow and invented the fastests walking robot in the world (RunBot ...
А вот собственно код PLL где в качестве петлевого фильтра используется fir1

CODE

% digital PLL
% Copyright © 2015 Bernd Porr <mail@berndporr.me.uk>

% This program is free software; you can redistribute it and/or modify
% it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
% the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
% (at your option) any later version.

% This program is distributed in the hope that it will be useful,
% but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
% MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
% GNU General Public License for more details.

% You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
% along with this program; if not, write to the Free Software
% Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.


% PLL which locks on the carrier
% The osciallator is a two pole IIR standard oscillator
% used in comms
%
% phase comparison is by simple multiplication
%
% note that we need to run the system in proper causal
% C style because the oscillator, PLL and filter needs
% to react to the input signal

% variables for the osciallator
% cosine output
c = 1;
% delayed cosine by one timestep
c_delay = 0;
% sine output
s = 0;
% delayed sine by one timestep
s_delay = 0;

% vectors storing the results by adding the samples one by one
sine = [];
cosine = [];
vco = [];
input_signal = [];

% PLL loop filter
b = fir1(100, 0.1);
% filter state because we just feed one value at a time in it and
% then come back to it every timestep so we need to save the state
zf = zeros(numel(-1,1);

v = 0;

% main loop: reading data one by one
for i=1:1000

% test signal, will be replaced by the input signal
% the PLL needs to lock on it, let's assume our
% frequency is 1% off. Should be f=0.1 but is f=0.099
% and we have some random phase angle.
y = cos(2*pi*0.1*i+pi/2.345543);

%"voltage" controlled oscillator with f=0.1 +/- v input
w0 = 2*pi*(0.1+v*0.002);
c_delay = c;
s_delay = s;
c = c_delay * cos(w0) - s_delay * sin(w0);
s = s_delay * cos(w0) + c_delay * sin(w0);

% phase detector
p = y*(-s);

% filtering out the 2f term
[v,zf] = filter(b,1,p,zf);

% let's save everything in handy vectors for plotting
input_signal = [input_signal y];
sine = [sine s];
cosine = [cosine c];
vco = [vco v];
end

%plot(input_signal);
plot(vco);

Не говоря уже об индийцах, многие из которых преподают в различных зар. уч. зав.
Например http://www.iject.org/vol73/10-shachi-p.pd
А это вообще пример от TI http://www.ti.com/lit/an/slaa681a/slaa681a.pdf

[thermit]

А вот собственно код PLL где в качестве петлевого фильтра используется fir1

Прекрасный пример неустойчивой фап.
Отличная иллюстрация тому, как делать не надо.