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.

[Acvarif]

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

В каком смысле неустойчивой. Неустойчивой к чему?
Она работает на маленькой расстройке. В этом смысле?
Если подмешать туда шум то работает с соотн. 1
А если для какой-то конкретной задачи больше расстройка и не нужна...
Да, и почему fir нельзя рассматривать как интегратор для конкретной задачки?
На выходе фазового дискриминатора мы имеем синус удвоенной фазовой расстройки.
Если дальше стоит fir разве он не просуммирует только нужные компоненты спектра сигнала с выхода
фазового дискриминатора?

Сообщение отредактировал Acvarif - Apr 28 2018, 10:31