Частотно-фазовый дискриминатор Советский патент 1987 года по МПК H03D13/00 

. 13

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах фазовой автоподстройки частоты

Цель изобретения - упрощение при одновременном уменьшении зоны нечувст вительности.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого частотно-фазового дискриминатора; на фиг.2 - граф работы частотно-фазового дискриминатора; на фиг.З - эпюры входных и выходных сигналов; на фиг.4 - фазовая характеристика частотно-фазового дискриминатора; на фиг. 5 - вариант выполнения частотно-фазового дискриминатора на элементах И-НЕ и RS-триггерах.

Частотно-фазовый дискриминатор содержит первый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 элементы ИЛИ-НЕ, первый 5, второй 6 и третий 7 RS-триг- геры, первый 8 и второй 9 элементы задержки, первый 10 и второй 11 формирователи коротких импульсов,-

Частотно-фазовый дискриминатор работает следующим образом.

Частотно-фазовый дискриминатор работает в соответствии с алгоритмом, представленным графом на фиг.2. Этот алгоритм учитьшает все возможные комбинации взаимного положения входных импульсов и полностью отражает работу дискриминатора. Каждый узел графа характеризует состояние схемы, которое определяется состоянием RS- триггеров 5-7. Переключение RS-триг- геров 5-7, т.е. переход от одного состояния схемы к другому (или к тому же самому), происходит под деист- вием входных сигналов X,, Х, которые представляют собой импульсы положительной полярности, В каждом узле графа записана дробь, числитель которой означает номер состояния схе- мы N, а знаменатель - состояние RS- триггеров 5-7 Q,,, О , Q. Выходной сигнал частотно-фазового дискриминатора снимается с выходи Qj RS-тригге- ра 7. Множество состояний схемы, со- ответствующих выходному сигналу Q, 0 обозначено через А, а множество состояний схемы, соответствующих Qj 1, обозначено через В.

Рассмотрим работу частотно-фазо- вого дискриминатора при f 7 f. Пусть импульсы входных сигналов X и Х, не совпадают друг с другом во времени и . При этом в схеме происходят пе91

р еходы между состояниями ,2,4. Эти переходы будут происходить, пока входные импульсы из-за изменяющейся разности фаз полностью не совпадут друг с другом. При полном совпадении происходят переходы между состояниями ,4, а при их расхождении - между состояниями ,3,4.Данные виды переходов соответствуют Q- 0 (режим А). Как только входные импульсы разойдутся настолько, что перестанут совпадать друг с другом, будут происходить переходы между состояниями ,5,6,4. При этом выходной сигнал дискриминатора Q периодически меняется (режим фазового сравнения) . Эти переходы будут про-- исходить до тех пор, пока входные импульсы вновь не приблизятся вплотную друг к другу, с момента совпадения импульсов происходят переходы между состояниями ,6,7. При полном совпадении импульсов происходят переходы между состояниями ,7, а при их расхождении - между состояниями N 5, 7, 8. Последние три вида переходов соответствуют. Q, I ( режим В). Переходы между состояниями N 5, 7, 8 будут происходить до тех пор, пока входные импульсы вновь не приблизятся друг к другу вплотную. С момента их совпадения будут происходить переходы между состояниями N 5,6,7 и описанная работа в режиме В повторится. В дальнейшем при f fg дискриминатор буде все время находиться в режиме В.

В случае f : f наблюдается обратная картина. При этом частотно-фазо- вьй дискриминатор из режима В через режим фазового сравнения будет переходить в режим Айв нем оставаться.

Таким образом, выходной сигнал дикриминатора

Г 1 при f 7 fj,

Q.

О при f ; f t

Причем, для сколь угодно малой разности частот при f f, частотно- фазовый дискриминатор из любого состояния, принадлежащего А, переходит в режим В и наоборот, при f из любого состояния, принадлежащего В, переходит в режим А. Данные переходы иллюстрируются э порами входных и выходных сигналов, приведенными на

фиг.З. В верхней части показан переход из А в режим В при f fj, а в нижней - из В в режим А при f :fo. Окружностями отмечены моменты полного совпадения входных импульсов,

При равенстве частот входных сигналов fo в схеме частотно-фазового дискриминатора постоянно происходит

любой из рассмотренных выше видов пе- О только внутри режима А или режима В,

реходов. При этом дискриминатор может находиться в следующих режимах: режим А, при котором совершаются переходы только между состояниями А (соответствует участкам я фазовой характеристики); режим В, при котором совершаются переходы только между состояниями, В (соответствует участкам Ь в фазовой характеристики); режим фазового сравнения, при котором совершаются переходы между состояниями ,5,6,4 (соответствует участкам f фазовой характеристики).

В режиме фазового, сравнения выходной сигнал частотно-фазового дискриминатора представляет собой последовательность импульсов с частотой и длительностью, пропорциональной разности фаз сравниваемых сигналов.Среднее значение выходного сигнала равно

Овы, Kt/, где К - коэффициент передачи;

(/ - разность фаз сравниваемых сигналов.

Переход из режима фазового сравнения в режим А или В при изменении разности фаз происходит тогда, когда входные,импульсы начинают перекрывать друг друга. Причем переход из режима А в режим В и обратно происходит только через режим фазового сравнения.

Фазовая характеристика частотно- фазового дискриминатора (фиг.4) в общем случае представляет собой неоднозначную периодическую функцию с периодом 2F. Однако при монотонном изменении q выходной сигнал частотно- фазового дискриминатора не изменяется

di/ „ периодически. Так при т О выходной

сигнал Q;,l а

при 7- РЗ О- Следовательно, дискриминатор является непериодическим. Участки характеристики, на которьк изменяется1 в пределах 2(п-1) : (-(:2(п+2), где п - любое целое число, являются однозначными, так как при любом изменении f в данных пределах рабочая точка дискриминатора движется только по одной и той же линии. На фиг.4 выделен участок фазовой характеристики при .

При совпадении импульсов входных сигналов в схеме возможны переходы

переходы же между А и В запрещены. Таким образом, в предлагаемом частотно-фазовом дискриминаторе устранены сбои работы при совпадении импульсов входных сигналов.

Частотно-фазовой дискриминатор может быть выполнен также и на логических элементах И-НЕ и RS-триггерах (фиг.5). Алгоритм работы такого частотно-фазового дискриминатора аналогичен алгоритму, представленному графом на фиг.2, но в котором все управляющие сигналы инвертированы.

Формула изобретения

Частотно-фазовый дискриминатор, содержащий первый, второй и третий триггеры, выход третьего триггера является выходом частотно-фазового дискриминатора, первый и второй элементы ИЛИ-НЕ, первые входы которых являются входами частотно-фазового дискриминатора, и третий и четвертый

элементы ИЛИ-НЕ, отличающий- с я тем, что, с целью упрощения при одновременном уменьшении зоны нечзгв- ствительности, в него введены первый и второй элементы задержки и первый

и второй формирователи коротких импульсов, причем вход установки первого триггера, второй вход второго элемента И-НЕ и первые входы третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ объединены и подключены к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, вход установки второго триггера, вторые входы

первого, третьего и четвертого элементов ИЛИ-НЕ объединены и подключены к первому входу второго элемента ИПИ-НЕ, выходы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ подключены к первым входам сброса первого и второго триггеров соответственно, инверсный выход первого триггера соединен непосредственно с третьими входами второго и четвертого элементов ИЛИ-НЕ, а через первый элемент задержки - с

513561

третьим входом третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к входу сброса третьего триггера, инверсный вькод второго триггера сое- g динен непосредственно с третьим входом первого и четвертым входом треть- его элементов ИЛИ-НЕ, а через второй элемент задержки - с четвертым входом четвертого элемента ИЛИ-НЕ,

91

выход которого подключен к входу установки третьего триггера, т версный выход которого через первый формирователь коротких импульсов соединеч с вторым входом сброса первого триггера, прямой выход третьего триггера через второй формирователь коротких импульсов соединен с вторым входом сброса второго триггера.

Изобретение относится к радиотехнике, может использоваться в системах фазовой АПЧ. Цель изобретения- упрощение при одновременном уменьшении зоны нечувствительности. Частотно-фазовый дискриминатор (ЧФД) содержит элементы ИЛИ-НЕ 1-4, RS-триггеры 5-7, элементы задержки 8, 9 и формирователи 10, II коротких импульсов. ЧФД работает по алгоритму, представленному графом. Выходной сигнал ЧФД равен 1 при о равен О - при f f(,. При этом в режиме фазового сравнения выходной сигнал ЧФД представляет собой последовательность импульсов с частотой и длительностью, пропорциональной разности фаз сравниваемых сигналов. Когда входные импульсы начинают перекрьшать друг друга, происходит переход из режима фазового сравнения в режимы А и В, характеризующиеся состояниями схемы, при которых выходной сигнал ЧФД равен соответственно О и 1. 5 ил. (Л со Сд CD со фиг. 1

1МО

XfXi

JlvOf

п п V п у р п п п

Xt

BS

(tf г

iT п п-/ п П п п

Лru

2W 0 n .4.

ff)(od1 Xi

Jo 2

ВмжоУ

gjus.5