Импульсно-фазовый детектор

 

Изобретение может быть использовано в системах обработки и приема информации с фазовым ее представлением. Цель - повышение быстродействия-достигается введением в импульсно-фазовый детектор ключа 7, конденсатора 8, дифференциального усилителя 9, компараторов 10, 11 напряжения, Д-триггеров 12, 13, шин положительного 17 и отрицательного 18 опорных напряжений, источника 14 тока, элемента 15 отвода тока, интегратора 16 и ждущего мультивибратора 6. Импульсно-фазовый детектор содержит также генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, ключ 2, выходной усилитель 4, конденсатор 3 и формирователь 5 импульсов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСЛУБЛИН (51) 5 Н 03 К 9/10

Фиг. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4237339/24-21 (22) 27.04.87 (46) 23.03.90. Бюп. К - 1 1 (72) В.П.Микнюнас (53) 621.376.239(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1137576, кл . Н 03 К 9/04, 10.06.86.

Авторское свидетельство СССР

N- 610293, кл. Н 03 К 9/04, 24.09.76. (54) ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР (57) Изобретение может быть использовано в системах обработки и приема информации с фазовым ее представ„„80, 1552369 А 1

2 лением. Цель — повышение быстродействия — достигается введением в им- I пульсно-фазовый детектор ключа 7, конденсатора 8,дифференш ального усилителя 9, компараторов 10, 11 напряжения, D-триггеров t2 и 13, шин лов ложительно"o 17 и отрицательного 18 опорных напряжений, источника 14 тока, элемента 15 отвода тока, интегратора 16 и ждущего мультивибратора 6. Импульсно — фазовый детекч ор содержит также генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, ключ 2, выходной усилитель 4. конденсатор

3 и формирователь 5 импульсов. 2 ил.

1552369

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах обработки и приема информации с фазовым ее представлени5 ем, а также в системах фазовой автоподстройки частоты.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема импульсно-фазового детектора; на фиг.2 — временные диаграммы его работы. е.

Импульсно-фазовый детектор содержит генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, ключ 2, конденса3, выходнои усилитель 4, форми рователь 5 импульсов, ждущий мультивибратор 6, ключ 7, конденсатор 8, дифференциальный усилитель 9, компараторы 10 и 11 напряжений, D-триггеры 12 и 13, источник 14 тока,элемент 15 отвода тока, интегратор

16, шину 17 положительного опорного напряжения, шину i8 отрицательного 25 опорного напряжения. При этом последовательно соединены генератор 1 лиР нейно изменяющегося напряжения, ключ

2 и выходной усилитель 4, вход которого соединен через конденсатор 3 с общей шиной, а выход — с первым входом интегратора 16, входом ключа

7 и первым входом дифференциального . усилителя 9, второй вход которого соединен с выходом ключа 7 и через кон35 денсатор 8 с общей шиной а выход с первыми входами компараторов 10 и

11 напряжений, вторые входы которых соединены соответственно с шиной 17 положительного опорного напряжения и шиной 18 отрицательного опорного напряжения, а выходы — с.информационными входами соответственно Dтриггеров 12 и 13, тактовые входы которых соединены с выходом формиро- 45 вателя 5 импульсов, управляющими вхо дами генератора 1 линейно изменяющегося напряжения, ключа 2 и входом ждущего мультивибратора 6, а выход— соответственно с входами источника

14 тока и элемента 15 отвода тока, выходы которых подключены к второму входу интегратора 16, выход которого соединен с выходной шиной устройства, а . входы генератора 1 линейно изменяющегося напряжения и формирователя 5 импульсов соединены соответственно с шинами опорной и сравниваемой частот, причем выход ждущего мультивибратора 6 соединен с управляющим входом ключа 7.

Ключи 2 и 7 могут быть выполнены, например, на интегральных микросхемах типа 590КН5, ждущий мультивибратор — на микросхеме 155АГЗ, включенной так, чтобы он срабатывал оТ положительного перепада, а на выходе формировался отрицательный от высокого уровня импульс. Выходной

4 и дифференциальный 9 усилители могут быть выполнены на микросхемах 544 и 574 серий с полевыми транзисторами на входах для уменьшения разряда конденсаторов 3, 8 между импульсами.

Компараторы 10 и 11 напряжений могут быть выполнены на микросхемах 521САЗ, а D-триггеры 12 и 13 — на микросхемах 155ТМ2, Кроме того, источник 14 тока может быть выполнен, например,в виде стабилизатора вытекащего тока на транзисторе и резисторах, управляемого от логического перепада транзисторно-транзисторной логики, а элемент 15 отвода тока — в виде стабилизатора втекающего тока, так же управляемого, как и источник 14 тока.

Эти элементы могут быть выполнены и на микросхемах 17б серии. Интегратор 16 может быть выполнен в простейшем случае из соединенных последовательно трех резисторов и конденсатора, включенных между его первым входом и общей шиной, при этом объединенные выходы первого и второго резисторов подключены к выходу интегратора 16, а объединенные выводы второго и третьего резисторов — к

его второму входу, причем для величин сопротивлений резисторов должно выполняться условие RА o7 R< R .

Формирователь 5 импульсов формирует импульс стабильной длительности по каждому импульсу сравниваемой частоты и может быть выполнен так же, как и ждущий мультивибратор 6. Генератор 1 линейно изменяющегося напряжения может быть выполнен по любой известной схеме при соблюдении двух условий: импульсом опорной частоты выходное напряжение генератора устанавливается равным нулю, а импульсом сравниваемой частоты фиксируется на достигнутом к этому моменту уровне.

Импульсно-фазовый детектор ра0 ботает следующим образом.

1552369 6

Пусть сравниваемая частота f ниже опорной частоты fдр . При поступлении на вход генератора 1 импульса опорной частоты его выходное напряжение устанавливается на начальном уровне, а после окончания импуль— са Гор формируется линейно изменя— ющееся пилообразное напряжение (фиг.2a). При поступлении импульса частоты сравнения f на вход формирователя 5 импульсов на его выходе формируются коммутационные сигналы (фиг.2б) соответственной длительности, которые фиксируют напряжение генератора 1 и замыкают ключ 2, после чего накопительный конденсатор

3 заряжается до уровня,присутству— ющего на выходе генератора 1 (фиг.2г) . Напряжение на выходе ключа 2 и на выходе выходного усилителя

4 соответствует уровню напряжения генератора 1, который остается постоянным до поступления следующего импульса f

35

Предположим, что исходный уровень напряжения на накопительном конденсаторе 8 (фиг.2д) ниже уровня напряжения на выходе выходного ЗО усилителя 4. Вследствие этого напряжение на выходе дифференциального усилителя 9 во время действия .импульса, поступающего с выхода формирователя 5 импульсов, равняется разнице между исходным уровнем напряжения на конденсаторе 8 и уровнем напряжения на выходе выходного усилителя 4 (фиг.2г), которая поступает на компараторы 10 и 11 напря- 4п жений, где сравниваются с .опорными напряжениями +Uðð и Uoр При исходном напряжении на конденсаторе 8 меньшем, чем напряжение на выходе выходного усилителя 4, выходное на- 45 пряжение дифференциального усилителя

9 положительное (фиг.Зж) и превышает уровень срабатывания компаратора 10 напряжения. Вследствие этого на выходе компаратора 10 появляется импульс логической " 1", который положительным перепадом импульса, поступающего от формирователя 5 импульсов, переписывает логическую "1" присутствующую на информационном входе первого Dтриггера 12 íà его выход, и тем самым включает источник 14 тока. Импульс с выхода формирователя 5 импульсов своим отрицательным перепадом также запускает ждущий мультиниб ратор 6, после чего на его выходе формируется отрицательный логический импульс (фиг.2в), который поступает на управляющий вход ключа 7 и зам кает его. Накопительный конденсатор

8 заряжается до уровня напряжения, присутствующего на информационном входе ключа 7, который подключен к выходу выходного усилителя 4 (фиг.2д), после чего напряжение на выходе дифференциального усилителя 9 становится равным нулю. НапряЖение с выхода выходного усилителя 4 и ток источника 14 тока воздействуют на ин.тегратор 16. Напряжение с выхода интегратора 16 поступает на управляющий вход генератора, управляемого напряжением (ГУН), работающего в кольце системы ФАПЧ, и изменяет его частоту в сторону повышения.

При поступлении следующего импульса f, цикл работы устройства повторяется, только накопительный конденсатор 3 заряжается до нового уровня, который больше по сравнению с предыцущим, а напряжение на выходе интегратора 16 еще больше увеличивается и воздействует на ГУН, увеличивая его частоту, тем самым уменьшая частотное и фазовое рассогласование. Как видно из фиг.2, ускоряющее действие источника 14 тока продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе дифференциального усилителя 9 во время действия импульса, поступающего от формирователя 5 импульсов, станет меньше уровня +Н „ срабатывания компаратора 10, после чего источник тока отключается и на входе интегратора 16 действует только напряжение с выхода выходного усилителя 4. Значение разности фаз между Гор и fz, до которого продолжается непрерывное действие ускоряющего источника 14 тока, можно определить по формуле

Uвых, где n =

2Uo

U в, - размах выходного напряжевыХ ния г ене рат ора 1;

U — уровень срабатывания. компараторов 10 и 11 напряжений.

1552369

Когда частота сравнения f p выше опорной частоты f „, устройство работает так же, только на выходе дифференциального усилителя 9 присут5 ствует отрицательное напряжение (напряжения на фиг.3г, д имеют спадающйй харак ер), которое сравнивается компаратором 11 напряжения с опорным напряжением — Uoä и через D-триг- 10

rep 13 включает элемент 15 отвода тока, выходной ток которого имеет отрицательную полярность и уменьшает напряжение на выходе интегратора 16, тем самым уменьшая частоту ГУН, работающего в замкнутом кольце системы ФАПЧ. Непрерывное ускоряющее действие элемента 15 отвода тока продолжается до тех пор, пока уровень напряжения на выходе дифференциаль- 20 ного усилителя 9 (во время действия импульса от формирователя импульсов) станет меньше опорного напряжения, после чего элемент 15 отвода тока отключается и на интегратор 16 воздействует только выходное напряжение усилителя 4. Для уменьшения разряда конденсатора интегратора 16 входное сопротивление устройств,подключаемых к его выходу, например 30

ГУН, должно быть достаточно высоким. Разряду этого конденсатора через выходное сопротивление усилителя 4 препятствует большая величина сопротивления R< в интеграторе 16.

Для устойчивой работы устройства элементы в интеграторе 16 должны быть подобраны так, чтобы за период опорной частоты разность фаз между опорной и сравниваемой частотами, возни- 40 кающая из-за саморазряда конденсатора в интеграторе 16, не превышала значений

Таким образом, введение в импульсно-фазовый детектор новых эле- 45 ментов и связей позволяет увеличить его быстродействие за счет формированного заряда или разряда конденсатора в выходном интеграторе устройства, тем самым повысить крутизну выходной характеристики детектора, что особенно важно при его работе в системах фазовой автоподстройки частоты.

Формула изобретения

Импульсно-фазовый детектор, содержащий соединенные последовательно генератор линейно изменяющегося напряжения, первый ключ и выходной усилитель, вход которого через первый конденсатор соединен с общей шиной, и формирователь импульсов, вход которого соединен с шиной сравниваемой частоты, а выход — с управляющими входами первого ключа и генератора линейно изменяющегося напряжения, вход которого соединен с шиной опорной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него дополнительно введены вторые ключ и конденсатор, диффе- ренциальный усилитель, два компаратора напряжения, два D-триггера, шины положительного и отрицательного опорных напряжений, источник тока,и элемент отвода тока, интегратор и ждущий мультивибратор, вход которого соединен с выхдом формирователя импульсов и тактовыми входами D-триггеров, а выход — с управляющим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом выходного усилителя, первым входом интегратора и первым входом дифференциального усилителя, второй вход которого соединен с выходом ключа и через второй конденсатор с общей шиной, а выход — с первыми входами первого и второго компараторов напряжений, вторые входы которых соединены соответственно с шинами положительного и отрицательного опорных напряжений, а выходы— с информационными входами первого и второго В-триггеров соответственно, входы которых соединены соответственно с входами источника тока и элемента отвода тока, выходы которых подключены к второму входу интегратора, выход которого соединен с вьгсодной шиной устройства.

1552369

Составитель Е.Борзов

Редактор А.Мотыль Техред А,Кравчук Корректор С.Шевкун

Заказ 340 Тираж 656 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, ул. Гагарина, 1

tl тт

Г на 101