Фазо-частотный детектор

Союз Советски Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ он 841082 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 060979 (21) 2823952/18-21с присоединением заявки Нов(51)М. Кл.з Н 03 0 3/04 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий.4(088.8) 71) Заявит сковский институт электронн хни ТНЫЙ ДЕТЕКТОР ФАЗО я - расширение астот и повышехаи О На техни часто входи иэ ко второ со вх чены выход котор шинам ключе к ы ете аст Изобретение относится к радиоте нике и предназначено для использов ния в качестве детекторов частоты фазы. 5Известен фаэочастотный детектор, содержащий низкочастотный фильтр, два аналоговых ключа, два одновибратора, четыре триггера, две дифференцирующих цепи, два элемента 2 И-НЕ 1 ).Недостаток такого фазочастотного детектора - ограниченный диапазон частот, определяемый длительностью импульсов, генерируемых одновибраторами.15 иболее близким к предлагаемому ческим решением является фазотный детектор, содержащий два ых элемента И, входы одного торых непосредственно, входы го через инверторы соединены одными шинами, а выходы подклюо входам В 5-триггера, четыре ных элемента И, первые входы х попарно соединены с входными и, а вторые входы попарно подны к выходам В 5-триггера 2 . како известный фаэочастотный. тор имеет ограниченный диапазон т и недостаточную линейность. ЗО Цель иэобретенидиапазона рабочих чние линейности.Поставленная цель достигается тем,что в фазочастотный детектор, содержащий два входных элемента И, входыодного иэ которых непосредственно,входы второго через инверторы соединены со входными шинами, а выходыподключены ко входам В 5-триггера,четыре выходных элемента И, первыевходы которых попарно соединены свходными шинами, а вторые входы попарно подключены к выходам В 5-триггера, введены два элемента ИЛИ, входы каждого из которых соединены свыходами соответствующих двух выходных элементов И, два аналоговых ключа и интегратор, вход которого соединен с выходами аналоговых ключей,первые входы которых подключены к источникам постоянного напряжения противоположной полярности, а вторыевходы соединЕны соответственно с выходами элементов ИЛИ, причем третьивходы выходных элементов И соединеныпопарно с выходами соответствующих инверторовПредлагаемый фаэочастотный детектор не имеет одновибраторов, кото 841082рые длительностью генерируемого импульса определяют (сужают ) диапазон рабочих частот, т.е. полосу возможных частот входных сигналов. Таким образом, диапазон рабочих частот предлагаемого детектора лежит от нуля до максимальной рабочей Частоты, определяемой быстродействием составных элементов детектора.На фиг. 1 представлена Функциональная схема фазочастотного детекто- о рау на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов (а и б - на входах детектора, в и г - на управляющих входах аналоговых ключей); на фиг. 3 - характеристика,.детектора при использовании его в качестве детектора фазы," на фиг. 4 - характеристика детектора при использовании его в качестве частотного детектора (а - с линейным масштабом по оси частот, б - с логарифмическим масштабом). 20Фазочастотный детектор содержит инверторы. 1 и 2, входные элементы И 3 и 4, Р 5-триггер 5, выходные элементы. И 6-9, элементы ИЛИ 10 и 11, аналоговые ключи 12 и 13, интегра тор 14, входные шины 15 и 16, шины 17 и 18 источников постоянного напряжения противоположной полярности.Детектор работает следующим образом.3 ОПри детектировании Фазы на входные шины 15 и 16 поступают прямоугольные импульсы одинаковой частоты (Фиг. 2 а и б). Если в определенный момент времени сигналы имеют низкий уровень напряжения на обеих вход.ных шинах 15 и 16, то на выходах инверторов 1 и 2 будут высокие уровни напряжения, которые поступают на входы входного элемента И 3. На выходе входного элемента И 3 напряже ние приобретает высокий потенциал и Р 5-триггер 5 переключается внулевое состояние, т.е. на первом его выходе - низкий потенциал, на втором - высокий. 45Детектор построен таким образом, что при совпадении значений напряжений на входных шинах 15 и 16, т,е. когда оба сигнала имеют низкий уровень напряжения или оба - высокий, щ ни на одном из выходов выходных элементов И 6-9 значит, и на выходах элементов ИЛЙ 10 и 11 нет напряжения с высоким потенциалом, следовательно, оба аналоговых ключа 12 и 13 заперты.Затем (фиг. 2 б, слева) напряжение на входной шине 16 приобретает высокий потенциал, на входах выходного элемента 9 наступает момент, когда все три сигнала имеют высокий уровень напряжения, и через элемент ИЛИ 40 11 открывается аналоговый ключ 13, при этом на вход интегратора 14,поступает отрицательное напряжение, Когда оба сигнала будут иметь высокий уровень напряжения, аналоговые клю-, 65 чи 12 и 13 вновь оказываются закрытыми (фиг. 2, слева). Но при высоких уровнях обоих входных сигналов происходит переключение Р 5-триггера5 через входной элемент И 4,. Р 5-триггер 5 переходит в "единичное" состояние, т.е. на первом его выходе - высокий потенциал, а на втором - низкий. Таким образом, при высоком уровне напряжения на первой входной шине 15 и при низком - на входной шине 16 детектора уже на входах выходного элемента И 8 наступает момент, когда все три сигнала имеют высокий потенциал, которнй с выходавыходного элемента И 8 проходит черезэлемент ИЛИ 11, и аналоговый ключ 13 снова открывается. Вход интегратора 14 снова подключается к шине 18 отрицательного источника постоянного напряжения. В результате происходит попеременная работа выходных элементов И 8 и 9 при различных значенияхсигналов на входных шинах 15 и 16 детектора, в случае отставания сигнала - на входной шине 15, т.епри Ч О (фиг. 2, слева ).Если сигнал на входной шине 15 опережает сигнал на входной шине 16, т .е, при 11 0 (фиг. 2, середина), то при различных значениях сигналов на входных шинах 15 и 16 детектора происходит попеременное вырабатываниевысокого уровня напряжения выходнымиэлементами И б и 7,и через элементИЛИ 10 аналоговый ключ 12 периодически подключает вход интегратора 14 к шине 17 положительного источника напряжения.Время, на которое происходит подключение интегратора 14 к той илидругой шинам 17 и 18 источника постоянного напряжения, прямо пропорционально разности Фаз входных сигналов (Фиг. 3, диапазон однозначности от -)Г до +%, т.е, 360) .В случае, если форма входных сигналов такова, что их скважность не равна двум (фиг. 2, справа ), происходит попеременное открывание аналоговых ключей 12 и 13 даже при 9=0, но на выходе интегратора 14 напряжение имеет нулевое значение, так как происходит интегрирование одинаковых импульсов с разными знаками. Детекторная характеристика этого случая будетотличаться от приведенной на фиг, 3, другим масштабом по вертикальной оси.Аналогичный анализ работы детектора при различных частотах сигналов на входных шинах 15 и 16 детектора при скважносТи обойх сигналов, равной двум, дает возможность получить характеристику частотного детектора, показанную на Фиг. 4, где по горизонтальной оси наыесены значения отнощения частот входнщс сигналов.При отношениях частот от нуля до единицы, т.е. при С 1 , характеристика имеет прямолинейную зависимость,При Г,1 характеристика пропорциональна выражению 1-ХЕ. При логарифмическом масштабе.по оси частот характеристика имеет вид несимметричной функции (,фиг. 4 б), т.е. входы5детектора равноправны. При заменена Г и 1на 1 происходит перемена знака вйходного напряжения.Таким образом, характеристики предагаемого фазочастотного детектора дают возможность для использования егов качестве фазового детектора в сис- "темах фазовой автоподстройки частотыс бесконечной полосой захвата, измерителя разности фаз с диапазоном 15360 ф, измерителя отношения двух частот, измерителя разности частот (приизвестной опорной частоте) определителя знака разности двух частот, измерителя частоты, частотного детекто- ора с линейной характеристикой,Кроме того, фазочастотный детектор, его логическая часть, можетиспользоваться в качестве устройствараспределения счетных импульсов навходах реверсивного счетчика, который в цифровом виде подсчитывает фазу, частоту, разность или отношениечастот.Формула изобретенияФазочастотный детектор,.содержащи 30ий 3 пдва входных элемента И, входы одного из которых непосредственно, входы второго через инверторы соединены со входными шинами, а выходы подключены ко входам Р 5-триггера, четыре выходных элемента И, первые входы которых попарно соединены с входными шинами, а вторые входы попарно подключены к выходам Р 5-триггера, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот и повышения линейности, в него введены два элемента ИЛИ, входы каждого из кото-, рых соединены с выходами соответствующих двух выходных элементов И, .два аналоговых ключа и интегратор, вход которого соеДинен с выходами аналоговых ключей, первые входы которых подключены к источникам постоянного напряжения противоположной полярности,- а вторые входы соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ, причем третьи входы выходных элементов И соединены попарно с выходами соответствующих инверторов.Источники информации,. принятые во внимание при эксйертизе 1. Патент Великобритании Р 1228993,кл. Н 3 А, 2 б.04.71.2. Патент США 9 3735324,кл. 328-133, 22.05.73 (прототип)841082 Фие. 3 иг Составитель Г. КоролевРедактор С. РодикоВа Техред Н. Бабу а Корректс рк заро Филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,.4