Частотно-фазовый детектор Советский патент 1987 года по МПК H03D13/00 H03K5/22 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цепях с частотно-фазовой оинхрони - зацией, в частности в цифровых синтезаторах частоты.

Цель изобретения - увеличение быстродействия при соотношении частот входных сигналов менее двух. - На фиг,1 показана структурная г электрическая схема частотно-фазового детектора; на фиг.2 - временные диаграммы, пояснякндие его работу.

Устрбйство содерясит первый 1)-триг гер 1 , С-вход KOTdjf oro соединен с первой входной шиной 2, второй D- т|)иггер 3, С-вход которого соединен с второй входной шиной 4. Выхода первого и второго D-триггеров I и 3 соединены с входами первого 5 и второго 6 ждущих мультивибраторов, выходы (оторых соединены с С-входами третьего 7 и четвертого 8 D-триггеров. Кроме того, выходы первого и второго D-триггеров соединены с первым и вторым входами элемента И-НЕ 9, а также с входами первого источника 10 тока и первого элемента 11 отвода тока, при этом выходы последних подключены к первому входу интегратора 12, вькод которого со единен с выходной шиной 13. Выходы третьего и четвертого D-триггеров 7 и 8 соединены соответственно с входами второго источника 14 тока и второго элемента 15 отвода тока. D-входы первого и второго D-триггеров 1 и 3 соединены с шиной 1, а R-входы с выходом элемента И-НЕ 9. Выходы первого и второго D-триггеров 1 и 3 также соединены соответственно с D-входами третьего и четвертого D-триггеров 7 и 8. Выходы второго источника 14 тока и второго элемента 15 отвода тока Соединены с вторым входом интегратора 12.

Частотно-фазовый детектор работает следующим образом.

Пусть сигналы, действующие на шинах 2 (фиг.2а) и 4 (фиг.2К), имеют одинаковую частоту, но между ними имеется некоторый фазовый сдвиг, например сигнал на шине 2 опережает сигнал на шине 4 (фиг.2, зона I). Тогда своим положительным перепадом (положительные перепады обозначены стрелками) входной сигнал, действующий на шине 2, зависывает 1 в первый D-триггер 1. № пульс с шины 4

fO

15

20

25

30

35

40

45

5055

своим положительным перепадом записывает 1 во второй D-триггер 3. Две 1 на входах элемента И-НЕ 9 дают О на его выходе, который устанавливает по R-входам первый и второй D-триггеры 1 и 2 в состояние О. Таким образом, на выходе-первого D-триггера 1 появляется импульс (фиг,2Б), длительность которого равна фазовой разности между сигналами на входах частотно-фазового детектора. Этот импульс своим положительным перепадом запускает первый ждущий мультивибратор 5, на выходе которого появляется отрицательный логический импульс длительностью Ъ (фиг.2а), поступающий на С-вход третьего D-триггера 7 и своим положительным перепадом записывающий в триггер 7 (фиг.2) О, так как в то время на D-входе триггера 7 присутствовал О. Короткий им- .лульс (фиг.2г) с выхода второго D-триггера 3 запускает второй ждущий мультивибратор 6 (фиг.2е), на выходе которого появившийся отрицательный логический импульс положительным перепадом записывает О в четвертый D-триггер 8 (фиг.2). , присутствующие на выходе D-триггеров 7 и 8, поддерживают в выключенном состоянии второй источник 14 тока и второй элемент 15 отвода тока. Импульс с выхода первого D-триггера 1 на время своей длительности включает первый источник 10 тока, выходной ток которого меняет выходное напряжение интег ратора 12, которое при работе устройства в замкнутом кольце системы ФАПЧ управляет частотой подстраиваемого генератора в сторону компенсации фазового рассогласования между входными сигналами устройства. Аналогично работает устройство, когда сигнал на шине 4 опережает по фазе сигнал на, шине 2. В этом случае на выходах D-триггеров 7 и 8-также присутствуют о, -второй источник 14 тока и второй элемент 15 отвода тока находятся в выключенном состоянии, а импульс с длительностью разности фаз, присутствующий на выходе второго D-триггера 3, включает первьай элемент П отвода тока, который отводит ток от интегратора 12 , вследствие чего выходное напря - жение интегратора меняет нап - равление.

Рассмотрим работу устройства, когда входные сигналы на шинах 2 и 4 имеют различные частоты, например частота сигнала на шине 2 в два или более раза превышает частоту сигнала на шине 4 (фиг.2, зона II). Первый импульс, действующий на шине 2, записывает своим положительным перепадом 1 в первый D-триггер 1, а импульс, действующий на шине 4, запи- сывает 1 во второй D-триггер 3, после чего оба триггера I и 3 переходят в нулевое состояние, формируя таким образом на выходе триггера 1 (фиг.2Б) положительный импульс с длидлительностью, пропорциональной частотному рассогласованию входных сигналов. Этот импульс своим положительным перепадом запускает ждущий мультивибратор 5, на выходе которого появившийся отрицательный логический импульс своим положительным перепадом записьшает в третий D-триггер 7 l, так как на время прихода по С-входу переднего фронта на входе D присутствовала 1. На выходе четвертого D-триггера 8 присутствует логический О, так как на время прихода переднего фронта импульса с выхода ждущего мультивибратора 6 на D-входе D-триггера 8 присутствовал О.

1 на выходе триггера 7 включает второй источник 14 тока, а им- пульс с. выхода первого триггера 1 - первый источник 10 тока, что обеспечивает непрерывное изменение выходного напряжения интегратора 12, причем с любой скоростью, так как второй источник 14 тока должен обеспе- чить необходимую скорость заряда конденсатора интегратора 12.

Устройство аналогично работает, когда частота сигнала на шине 4 в . два или более раза превьш ает частоту сигнала на шине 2 (фиг.2, зона III), только сигналы частотного рассогласования вырабатьпваются триггером 3, на выходе четвертого D-триггера 8 присутствует 1, второй элемент 15 отвода тока постоянно включен, а первьй элемент 11 отвода тока включается положительными перепадами импульсов с выхода второго D-триггера 3. При соотношении частот входных сигналов менее двух, а также при равных частотах, но имеющемся некотором фазовом рассогласовании (фиг.2, зона IV) устройство работает так, как показано в зонах II, III (фиг.2).

При сравнении диаграмм зон II, III, IV и I видно, что непрерывное ускоряющее действие второго источника 14 тока и второго элемента 15 отвода тока продолжается до тех пор, пока разность фаз входных сигналов, определяющих длительность положительных импульсов на выходах первого и второго D-триггеров 1 и 3, не уменьшается до определенного значения, обусловливаемого длительностью с импульсов ждущих мультивибраторов 5 и 6. Значение разности фаз, до которого пррдолжается непрерьшное действие элемента 15 и источника 14, можно определить по формуле

, t-|-,

где п Тд/2г:

Тд - период опорного сигнала С - длительность импульса ждущего мультивибратора.

Из приведенной формулы следует, что уменьшая длительность с , можно увеличить время непрерывного действия элемента 15 и источника 14 и, следовательно, быстродействие частотно-фазового детектора. Теоретически уменьшение времени ь возможно до уровня времени задержки логических элементов, однако при этом выходное напряжение интегратора может принять вид затухающего колебания. Исходя из этого длительность о следует выбирать в пределах 2 ( - ).

Формула изобретения

Частотно-фазовьй детектор, содержащий первьш и второй D-триггеры,. D-входы которых соединены с шиной логической единицы, С-входы соединены соответственно с первой и второй входными шинами, а выходы - соответ- ственно с первым и вторым входами элемента И-НЕ, выход которого соединен с R-входами первого и второго D-триггеров, кроме того, выход первого D-триггера соединен с D-входом третьего D-триггера и входом первого источника тока, рыход второго D-триггера соединен с D-входом четвертого D-триггера и входом первого элемента отвода тока, при этом выходы третьего и четвертого D-триггеров соединены с входами соответственно

второго источника тока и второго элемента отвода тока, выходы первого источника тока и первого элемента отвода тока соединены с первым входом интегратора, а выходы - второго источника тока и второго элемента отвода тока - с вторым входом интегратора, выход которого соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью

1тд.мульт, 6

97(/е.2

Редактор А.Лежнина

Составитель С.Будович Техред М.Ходаннч

Заказ 7725/57 Тираж 899Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

увеличения быстродействия при соотношении частот входных сигналов менее двух, в него введены первый и второй ждущие мультивибраторы, входы которых соединены соответственно с выходами первого, и второго D - триггеров , а выходы - соответственно С С - входами третьего и четвертого D - тригге - ров.

Корректор Н.Король

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в цифровых синтезаторах частоты. Цель изобретения - увеличение быстродействия при соотношении частот входных сигналов менее двух. Частотно- фазовьй детектор содержит D-тригге- ры 1 и 3, 7 и 8, элементы И-НЕ 9, источники 10 и 14 TOKaj элементы II и 15 отвода тока и интегратор 12. Введение ждущих мультивибраторов 5 и 6 способствует достижению поставленной цели. 2 ил. го 00 sl 1C СП фиг. 1