Фазо-частотный детектор

 

Союз Советски

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ >841082 (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 060979 (21) 2823952/18-21 с присоединением заявки й9— (23) ПриоритетОпубликовано 230681 Бюллетень Йо 23

Дата опубликования описания 23р681 (51)M. Кл 3

Н 03 0 3/04

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317. .4(088.8) (71) Заявитель

Московский институт электронной техники (54) ФАЗОЧЛСТОТНЫЙ ДЕТЕКТОР!

15

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве детекторов частоты и фазы.

Известен фаэочастотный детектор, содержащий низкочастотный фильтр, два аналоговых ключа, два одновибратора, четыре триггера, две дифференцирующих цепи, два элемента 2 И-НЕ (11.

Недостаток такого фазочастотного детектора — ограниченный диапазон частот, определяемый длительностью импульсов, генерируемых одновибраторами.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является фазочастотный детектор, содержащий два входных элемента И, входы одного иэ которых непосредственно, входы второго через инверторы соединены со входными шинами, а выходы подключены ко входам RS-триггера, четыре выходных элемента И, первые входы которых попарно соединены с входными шинами, а вторые входы попарно подключены к выходам RS-триггера 2 ).

Однако известный фаэочастотный. детектор имеет ограниченный диапазон частот и недостаточную линейность.

Цель изобретения — расширение диапазона рабочих частот и повышение линейности.

Поставленная цель достигается тем, что в фазочастотный детектор, содержащий два входных элемента И, входы одного иэ которых непосредственно, входы второго через инверторы соединены со входными шинами, а выходы подключены ко входам RS-триггера, четыре выходных элемента И, первые входы которых попарно соединены с входными шинами, а вторые входы попарно подключены к выходам RS-триггера, введены два элемента ИЛИ, входы каждого из которых 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.

Предлагаемый фаэочастотный детекЪ тор не имеет одновибраторов, кото841082 рые 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 ра," на фиг. 2 — временные диаграммы сигналов (а и б — на входах детектора, в и r — на управляющих входах аналоговых ключей); на фиг. 3 — характеристика,.детектора при использовании его в качестве детектора фазы,- 15 на фиг. 4 — характеристика детекто-. ра при использовании его в качестве частотного детектора (а — с линейным масштабом по оси частот, б - с логарифмическим масштабом}. 20

Фазочастотный детектор содержит инверторы. 1 и 2, входные элементы

И 3 и 4, RS-триггер 5, выходные элементы. И 6-9, элементы ИЛИ 10 и 11, аналоговые ключи 12 и 13, интегра- 75 тор 14, входные шины 15 и 16, шины

17 и 18 источников постоянного напряжения противоположной полярности.

Детектор работает следующим образом.

При 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 напря>кения, которые поступают на входы входного элемента И 3. На выходе входного элемента И 3 напряже- 4О ние приобретает высокий потенциал и RS-триггер 5 переключается в нулевое состояние, т.е. на первом его выходе — низкий потенциал, на втором — высокий. 45

Детектор 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, 5О 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. 2б, 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 л>0

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 RS-триггера

5 через входной элемент И 4,. RS-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 выхода выходного элемента И 8 проходит через элемент 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 значениях сигналов на входных шинах 15 и 16 детектора, в случае отставания сигнала — на входной шине 15, т. е. при

9 (О (фиг. 2, слева ).

Если сигнал на входной шине 15 опережает сигнал на входной шине 16, т .е. при Ф> 0 (фиг. 2, середина), то при различных значениях сигналов на входных шинах 15 и 16 детектора происходит попеременное вырабатывание высокого уровня напряжения выходными элементами И б и 7,и через элемент

ИЛИ 10 аналоговый ключ 12 периодически подключает вход интегратора 14 к шине 17 положительного источника напряжения.

Время, на которое происходит подключение интегратора 14 к той или другой шинам 17 и 18 источника постоянного напряжения, прямо пропорционально разности фаз входных сигналов (фиг. 3, диапазон однозначности от

-® zo +K, 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 будет отличаться 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 отношения частот входных сигналов.

При отношениях частот от нуля до единицы, т.е. при fy

5 детектора равноправны. При замене на 2 и f 2 на Ф происходит перемена знака вйходного напряжения.

1 °

Таким образом, характеристики предагаемого фазочастотного детектора дают возможность для использования его в качестве фазового детектора в сис- " темах фазовой автоподстройки частоты с бесконечной полосой захвата, измерителя разности фаз с диапазоном 15

360, измерителя отношения двух частот, измерителя разности частот (при известной опорной частоте) определителя знака разности двух частот, измерителя частоты, частотного детекто- о ра с линейной характеристикой.

Кроме того, фазочастотный детектор, его логическая часть, может использоваться в качестве устройства распределения счетных импульсов на входах реверсивного счетчика, который в цифровом виде подсчитывает фазу, частоту, разность или отношение частот.

Формула изобретения

Фазочастотный детектор,.содержащи 30 ий 30 два входных элемента И, входы одного из которых непосредственно, входы второго через инверторы соединены со входными шинами, а выходы подключены ко входам RS-триггера, четыре выходных элемента И, первые входы которых попарно соединены с входными шинами, а вторые входы попарно подключены к выходам RS-триггера, о т л и ч а ю— шийся 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 9 1228993, кл. Н 3 А, 2б.04.71.

2. Патент США 9 3735324, кл. 328-133, 22.05.73 (прототип) 841082

Фие. 3 и у иг. Ф

СостаВитель Г. Королев

Редактор С. РодикоВа Техред H. Бабурка Корректор Г. Назарова

Заказ 4799/80 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,,4