Цифровые фазочастотные детекторы.

В системах фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) используются фазочастотные детекторы, которые довольно просто выполнить в цифровом виде. Цифровой фазочастотный детектор (ДФЧД) имеет два входа и два выхода (рис. 3.64). На один из входов подается сформированный с помощью усилителя-ограничителя сигнал который имеет частоту а на другой — сигнал от управляемого напряжением генератора частота которого равна Фазочастотный детектор должен вырабатывать сигналы по которым можно было бы получить сигнал ошибки и, пропорциональный разности фаз сигналов знак которого определяется знаком разности фаз и соотношением частот или

Рис. 3.64

Положим, что подстройка управляемого генератора по частоте производится с помощью напряжения . Тогда если фазочастотный детектор будет вырабатывать в зависимости от знака

разности фаз на одном из выходов или сигнал, длительность которого определяется разностью фаз то, используя преобразователь сигнала ошибки, содержащий фильтр нижних частот (ФНЧ) и вычитающее устройство, можно получить сигнал ошибки величина которого пропорциональна

На рис. 3.65 приведены временные диаграммы, поясняющие работу фазочастотного детектора при Функцию можно задать одним из двух способов, представленных на рис. 3.65 сплошными и штриховыми линиями. В первом случае как сигнал так и сигнал привязаны к положительным фронтам входных сигналов а во втором случае сигнал привязан к положительным фронтам, а сигнал к отрицательным фронтам сигналов

Рис. 3.65

С помощью временных диаграмм довольно просто составить аналитические выражения, содержащие операторы перехода которые описывают закон функционирования автомата, выполняющего функции фазочастотного детектора. Общий принцип построения таких аналитических выражений заключается в том, что функции выхода автомата представляются в форме

где сигнал включения (при сигнал принимает значение ); - сигнал сохранения значения тех пор пока сигнал значение сигнала продолжает сохраняться независимо от значения сигнала включения

Сигналы включения как правило, должны содержать операторы перехода, а сигналы сохранения значения 1, если

это возможно, лучше записывать без оператора перехода, так как в этом случае функции (3.75) будут задавать автомат, имеющий меньшее число устойчивых состояний при некоторых состояниях входа. При неудачном выборе сигналов в первоначальной таблице переходов могут появиться лишние устойчивые состояния, в которые нет переходов из других состояний. После выявления таких устойчивых состояний их следует исключить, однако это может привести к значительному увеличению объема работы по составлению первоначальной таблицы переходов.

Из рис. 3.65 легко установить, что в качестве сигналов можно взять сигналы (если , то должно установиться значение сигнала тех пор пока значение сигнала должно сохраняться). Таким образом, функцию можно представить в виде

Функцию показанную на рис. 3.65 сплошными линиями, можно получить из функции взаимной заменой сигналов на основании очевидной симметричности фазочастотного детектора относительно входов и выходов

Таблица 3.26. (см. скан) Первоначальная таблица переходов фазочастотного детектора

Теперь обычными методами на основании выражений (3.76) и (3.77) можно построить первоначальную таблицу переходов (табл. 3.26). Например, если входные сигналы не изменяются,

то при будем иметь в столбце нужно поставить только одно устойчивое состояние, которому соответствует состояние выхода автомата Если же то или 1, поэтому в столбце следует поставить два устойчивых состояния, для которых При изменениях состояний входа вида переходы между устойчивыми состояниями не определены, так как в этом случае сигналы изменяются в противофазе а значит, не имеет значения, в какую сторону будет происходить отработка фазового рассогласования система ФАПЧ будет находиться в точке неустойчивого равновесия).

Таблица 3.27. (см. скан) Минимальная таблица переходов фазочастотного детектора

Рис. 3.66

Выбрав по диаграмме совместимых состояний (рис. 3.66) множества и получим таблицу переходов (табл. 3.27) с двумя внутренними состояниями, кодирование которых тривиально, так как требуется только один ЭП. Составив диаграммы Вейча для функций (рис. 3.67), получим:

Функциям (3.78) соответствует схема фазочастотного детектора на рис. 3.68. Состязания устойчивых состояний в этой ЛС имеют место только при несоседних изменениях состояний входа вида что допустимо, так как соответствующие переходы между устойчивыми состояниями по условиям функционирования фазочастотного детектора не были определены. Функции были доопределены так, что на

Рис. 3.67

Рис. 3.68

Рис. 3.69

выходах автомата при некоторых переходах могут появляться ложные сигналы малой длительности. Однако это не опасно, так как сигналы используются в инерционном преобразователе сигнала ошибки (ФНЧ), изображенном на рис. 3.69.

Рассмотрим второй вариант фазочастотного детектора, соответствующий функции 22, показанной на рис. 3.65 штриховыми линиями. В этом случае функция может быть получена из выражения (3.77) заменой сигналов их инверсиями, т.е.

Кроме того, из рис. 3.65 следует, что при значениях сигналов всегда выполняется соотношение

Это следует учитывать при составлении первоначальной таблицы переходов (в столбце можно проставить только два устойчивых состояния, которым соответствуют состояния выхода автомата так как состояния выхода по условиям работы фазочастотного детектора при возникнуть не могут).

(см. скан)

Если по функциям (3.76) и (3.79) с учетом соотношения (3.80) при составить первоначальную таблицу переходов (табл. 3.28), а затем выбрать множества совместимых состояний получим минимальную таблицу переходов (табл. 3.29) с двумя внутренними состояниями. Составив диаграммы Вейча для функций получим:

На рис. 3.71 приведена схема фазочастотного детектора, построенная по выражениям (3.81).