Блокировка впрыска и затягивание впрыска — это частотные эффекты, которые могут возникнуть, когда гармонический генератор возмущается вторым генератором, работающим на соседней частоте. Когда связь достаточно сильная и частоты достаточно близки, второй генератор может захватить первый генератор, в результате чего его частота будет практически идентична частоте второго генератора. Это блокировка впрыска. Когда второй осциллятор просто возмущает первый, но не захватывает его, эффект называется вытягиванием инжекции. Эффекты блокировки и вытягивания инжекции наблюдаются во многих типах физических систем, однако эти термины чаще всего связаны с электронными генераторами или лазерными резонаторами .
Блокировка впрыска удачно и умно использовалась в конструкции первых телевизоров и осциллографов , позволяя синхронизировать оборудование с внешними сигналами при относительно низких затратах. Блокировка впрыска также использовалась в высокопроизводительных схемах удвоения частоты. Однако непреднамеренная инжекционная блокировка и вытягивание могут ухудшить работу систем фазовой автоподстройки частоты и радиочастотных интегральных схем .
Вытягивание и блокировку впрыска можно наблюдать во многих физических системах, где пары осцилляторов связаны вместе. Возможно, первым, кто задокументировал эти эффекты, был Христиан Гюйгенс , изобретатель маятниковых часов , который с удивлением заметил, что двое маятниковых часов, которые обычно показывали немного разное время, тем не менее, стали идеально синхронизированными, когда их подвешивали на общей балке. Современные исследователи подтвердили его подозрения , что маятники были связаны крошечными вибрациями вперед и назад в деревянной балке. [1] Два тактовых генератора синхронизировались с общей частотой.
В современном генераторе, управляемом напряжением, сигнал синхронизации может подавлять его низкочастотное управляющее напряжение, что приводит к потере управления. При целенаправленном использовании синхронизация с инжекцией позволяет значительно снизить энергопотребление и, возможно, уменьшить фазовый шум по сравнению с другими методами проектирования синтезаторов частот и ФАПЧ . Аналогичным образом выходная частота больших лазеров может быть очищена путем инжекционной синхронизации с высокоточными эталонными лазерами (см. Инжекционная сеялка ).
Генератор с синхронизацией по инжекции ( ILO ) обычно основан на LC- генераторе с перекрестной связью . Он использовался для разделения частоты [2] или уменьшения джиттера в системе ФАПЧ с входным сигналом чистой синусоидальной формы. Он использовался в непрерывном режиме восстановления тактового сигнала и данных (CDR) или восстановления тактового сигнала для восстановления тактового сигнала с помощью любой из предшествующих схем генерации импульсов для преобразования данных без возврата в ноль (NRZ) в псевдовозврат к нулю. (PRZ) [3] или неидеальная схема синхронизации, расположенная на стороне передатчика для объединения тактового сигнала с данными. [4] В конце 2000-х годов ILO использовалась для схемы восстановления тактовой частоты в пакетном режиме. [5]
Способность синхронизации является неотъемлемым свойством всех генераторов (электронных или других). Фундаментально эту способность можно понимать как совокупный эффект периодичности осциллятора и его автономности. В частности, рассмотрим периодическую инжекцию (т. е. внешнее возмущение), которая опережает или отстает от фазы осциллятора на некоторый сдвиг фазы в каждом цикле колебаний. Из-за периодичности генератора этот фазовый сдвиг будет одинаковым от цикла к циклу, если генератор синхронизирован с инжекцией. Более того, благодаря автономности генератора каждый фазовый сдвиг сохраняется неопределенно долго. Сочетание этих двух эффектов приводит к фиксированному сдвигу фазы на каждый цикл колебаний, что приводит к постоянному сдвигу частоты с течением времени. Если результирующая сдвинутая частота колебаний совпадает с частотой инжекции, генератор считается синхронизированным. Однако если максимальный сдвиг частоты, который может испытать генератор из-за инжекции, недостаточен для того, чтобы частоты генерации и инжекции совпали (т. е. частота инжекции лежит за пределами диапазона блокировки ) , генератор можно только инжектировать (см. Инъекционная вытяжка). [6]
Высокоскоростные логические сигналы и их гармоники представляют потенциальную угрозу для генератора. Утечка этих и других высокочастотных сигналов в генератор через подложку, сопровождающаяся непреднамеренной блокировкой, представляет собой нежелательную инжекционную блокировку.
Блокировка впрыска также может обеспечить выигрыш при низких затратах энергии в некоторых приложениях.
Инжекционное (также известное как частотное) затягивание происходит, когда источник мешающей частоты возмущает генератор, но не может его заблокировать. Частота генератора притягивается к источнику частоты, как видно на спектрограмме. Невозможность синхронизации может быть вызвана недостаточной связью или тем, что частота источника инжекции находится за пределами окна блокировки (также известного как диапазон синхронизации) генератора. Вытягивание впрыска фундаментально нарушает внутреннюю периодичность генератора.
Смещение использовалось для обозначения процесса синхронизации мод связанных управляемых генераторов, который представляет собой процесс, при котором две взаимодействующие колебательные системы, имеющие разные периоды, когда они функционируют независимо, принимают общий период. Два осциллятора могут синхронизироваться , но возможны и другие фазовые соотношения. Система с большей частотой замедляется, а другая ускоряется.
Голландский физик Христиан Гюйгенс , изобретатель маятниковых часов , представил эту концепцию после того, как в 1666 году заметил, что маятники двух часов, установленных на общей плате, синхронизировались, и последующие эксперименты повторили это явление. Он описал этот эффект как « странную симпатию ». Двое маятниковых часов синхронизированы, их маятники качаются в противоположных направлениях, сдвинуто по фазе на 180 ° , но могут также возникнуть синфазные состояния. Увлечение происходит потому, что небольшое количество энергии передается между двумя системами, когда они не совпадают по фазе, таким образом, что возникает отрицательная обратная связь . Поскольку они предполагают более стабильное соотношение фаз, количество энергии постепенно снижается до нуля. В области физики наблюдения Гюйгенса связаны с резонансом и резонансной связью гармонических осцилляторов , которая также порождает симпатические колебания .
Исследование наблюдений Гюйгенса в 2002 году показывает, что противофазное стабильное колебание было в некоторой степени случайным и что существуют другие возможные стабильные решения, включая «состояние смерти», когда часы перестают идти, в зависимости от силы связи между часами. [7]
Синхронизацию мод между управляемыми генераторами можно легко продемонстрировать с помощью механических метрономов на общей, легко перемещаемой поверхности. [8] [9] [10] Такая синхронизация режимов важна для многих биологических систем, включая правильную работу кардиостимуляторов . [11]
Использование слова «унос» в современной физической литературе чаще всего относится к движению одной жидкости или совокупности частиц другой (см. « Унос (гидродинамика)» ). Использование этого слова для обозначения синхронизации мод нелинейных связанных генераторов появилось в основном примерно после 1980 года и по сравнению с этим остается относительно редким.
Аналогичное явление связи было характерно для слуховых аппаратов , когда используется адаптивное подавление обратной связи . Этот хаотический артефакт (увлечение) наблюдается, когда коррелированные входные сигналы подаются на адаптивный подавитель обратной связи.
В последние годы апериодическое увлечение было идентифицировано как альтернативная форма уноса, представляющая интерес для биологических ритмов. [12] [13] [14]
* Волавер, Дэн Х. 1991. Проектирование схемы с фазовой автоподстройкой частоты , Prentice Hall, ISBN 0-13-662743-9 , страницы 95–105.
* Ли, Томас Х. 2004. Проектирование радиочастотных интегральных схем КМОП , Кембридж, ISBN 0-521-83539-9 , страницы 563–566.
