Главное меню

Частотно-фазовые детекторы

Одним из главных элементов цифровых синтезаторов с косвенным синтезом частоты можно назвать фазовый дискриминатор. Аналогичные устройства применяют в любых цифровых системах фазовой автоподстройки частоты, используемых как для синтеза колебаний с постоянной частотой, так и для частотной или фазовой модуляции и демодуляции ВЧ сигналов. Параметры фазового дискриминатора определяют наивысшую рабочую частоту петли ФАПЧ, а также такие важнейшие показатели, как ширина полосы захвата и полосы удержания петли ФАПЧ.

В цифровых системах ФАПЧ, в основном, используют следующие виды фазовых дискриминаторов:

· фазовый детектор на логическом элементе «Исключающее ИЛИ»;

· фазовый детектор на JK-триггере;

· цифровой частотно-фазовый детектор (ЧФД).

Первые два типа детекторов характеризуются тем, что на их выходе присутствует постоянное напряжение, пропорциональное сдвигу фаз при равенстве частот входного и опорного сигналов, и биения, частота которых зависит от разности частот этих сигналов, если эти частоты не равны. При этом биения могут иметь в некотором диапазоне расстроек постоянную составляющую, приводящую петлю ФАПЧ в конце концов к захвату частоты входного сигнала, но при достаточно большой частотной расстройке биения становятся практически гармоническими и захват частоты является уже невозможным. Ясно, что при этом полоса захвата системы уже полосы удержания. В отличие от них, у цифрового частотно-фазового детектора при любых частотных расстройках на выходе нет биений, но присутствует постоянное напряжение, подстраивающее регулируемый генератор так, чтобы уменьшить эту расстройку. Таким образом, выходное напряжение ЧФД является функцией как разности фаз, так и разности частот поступающих на него колебаний. Благодаря этому в системе ФАПЧ, содержащей цифровой частотно-фазовый детектор, полоса захвата равна полосе удержания.

Рис.1

На рис.1 показана структура простейшего цифрового ЧФД, построенного на двух D-триггерах. Состояния их выходов определяют работу транзисторных ключей VT1, VT2 следующим образом.

Q1=1, Q2=1 - элемент «логическое И» DD3 выставляет на своем выходе 1, которая через устройство задержки подается на входы CLR триггеров, сбрасывая их выходы в 0.

Q1=0, Q2=0 - оба ключа разомкнуты, выход ЧФД - в третьем состоянии.

Q1=1, Q2=0 - ключ VT1 замкнут, VT2 разомкнут, на выходе ЧФД 1.

Q1=0, Q2=1 - ключ VT1 разомкнут, VT2 замкнут, на выходе ЧФД 0.

Рассмотрим поведение схемы в случае, когда частота сигнала на Входе 1 выше частоты на Входе 2, рис.2.5.1.2а. Из рисунка видно, что при этом единица на выходе ЧФД будет появляться чаще, чем 0 (триггеры срабатывают по положительному фронту на синхровходе), и частота ГУН будет подтягиваться выше, к частоте опорного генератора (предполагается, что ГУН выполнен с использованием варикапа). Это будет продолжаться до тех пор, пока частоты не станут равными, что приведет к захвату частоты ГУН. В случае, когда в исходном состоянии частота ГУН значительно выше частоты опорного генератора, на выходе ЧФД будет преобладать 0, понижая частоту ГУН вплоть до ее захвата петлей ФАПЧ.

Рис. 2.

Поведение ЧФД в режиме синхронизации (захвата) показано на рис. 2б. Оно является типичным для цифровых фазовых детекторов, обычно вырабатывающих импульсы, длительность которых пропорциональна сдвигу фаз между входными импульсами. Элемент задержки в этом режиме играет важную роль, не давая выходным импульсам сократить свою длительность до 0, что привело бы к переходу ключей в третье состояние на относительно долгое время, большее нескольких периодов входных сигналов. При такой ситуации ЧФД перестает управлять работой ГУН на некоторое время, и частота последнего дрейфует в неопределенном направлении, пока разность фаз не достигнет такой величины, при которой петля ФАПЧ снова сможет захватить частоту ГУН. После этого описанный цикл повторится снова, т.е. будут присутствовать низкочастотные паразитные флуктуации фазы ГУН, которые существенно испортят чистоту спектра его колебания. Как было сказано, элемент задержки в составе ЧФД позволяет избежать этого неприятного явления.

Перейти на страницу: 1 2

Другое по теме:

Система автоматического регулирования фокусировки пятна
В настоящее время оптические дисковые системы нашли множество применений. Возможность записи значительного объема информации и простота тиражирования делает оптический диск очень привлекательным. В сфере записи и хранения данных системы с п ...

Copyright © www.techproof.ru