Синтезаторы частот
Часть 2. Импульсные частотно-фазовые детекторы.

Часть 1. Основные сведения, назначение

Малиновский В.Н. к.т.н.
2019

Импульсные фазовые детекторы (ИФД) или в общем случае импульсные частотно-фазовые детекторы (ИЧФД) предназначены для преобразования разности фаз Фе (времен tc) поступления импульсов с ДПКД Ес(t) и ДФКД Ео(t) в управляющее напряжение (ток) Ед(t).

Схемных реализаций ИФД и ИЧФД достаточно много. Рассмотрим самые распространенные из них. В семидесятых годах прошлого века весьма распространенным в разрабатываемой радиоаппаратуре был ИФД «выборка-запоминание» или проще «в-з». Структурная схема ИФД «в-з» представлена на рис 1.

Стр 23

Рис.1. Структурная схема ИФД «в-з».

Детектор работает следующим образом. Генератор пилообразного (в общем случае периодического) напряжения ГПН синхронизируется сигналом с ДФКД Ео(t), т.е. в момент прихода Ео(t) напряжение ГПН начинает возрастать с нулевого уровня. Ключ Кл1 замкнут и на сонденсаторе С1 создается пилообразное напряжение, повторяющее выходной сигнал ГПН. При подаче на Кл1 и Кл2 импульсов с ДПКД (импульсов выборки) Ес(t) ключ Кл1 размыкается, а ключ Кл2 замыкается. При размыкании Кл1 напряжение на конденсаторе С1 фиксируется и через замкнутый ключ К2 передается на конденсатор С2. Напряжение на С2 пропорционально разности фаз между импульсами ДФКД и ДПКД. И далее через буферный каскад БК сигнал подается на управление УГ.

Достоинством ИФД «в-з» по сравнению с известными в то время другими детекторами был малый уровень дискретных помех сигнала сравнения и его гармоник.

Но проблем с детектором «в-з» тоже было не мало. Прежде всего это достаточно узкая полоса захвата. Необходимо было применять различные решения для ввода системы ИФАПЧ с «в-з» в синхронизм. Выходной сигнал УГ также не отличался малыми шумами, но по сравнению с другими ИФД (RS-триггерным, исключающее ИЛИ и др.) применение ИФД «в-з» было прогрессом в радиотехнике тех лет.

В конце 70-х годов прошлого века появился новый детектор ИЧФД, называемый широтно-импульсным частотно-фазовым детектором (ШИЧФД) или ИЧФД с тремя устойчивыми состояниями (ИЧФД3). Зарубежное название этого детектора детектор с зарядной накачкой (charge pump). В современной литературе используются все эти названия. Мы для определенности будем называть этот тип детектора ИЧФД3.

На рис.2 приведена классическая структурная схема ИЧФД3.

Стр. 32 Рис.2 Структурная схема ИЧФД3.

Импульсы с ДФКД поступают на верхний D-триггер, который срабатывает и замыкает Кл1 на который подается положительный ток Iо с генератора тока (ГТ). При поступлении импульса с ДПКД на нижний триггер срабатывает схема И и устанавливает оба триггера в исходное состояние. Кл1 отключается от ГТ с положительным током Iо. Длительность импульса сформированного на выходе Ед(t) определяет разность фаз между импульсами Ео(t) и Ес(t). При поступлении следующего импульса с ДПКД на нижний триггер, срабатывает Кл2 и подключает на выход детектора ГТ с отрицательным током –Iо. Следующий приходящий импульс ДФКД переводит детектор в исходное состояние, формируя длительность выходного импульса с отрицательным током.

Благодаря этому ИЧФД3 не только определяет разность фаз между импульсами ДФКД и ДПКД, но и знак этой разности.

На рис. 3 приведена статическая фазовая характеристика ИЧФД3

Стр 36

Рис. 3 Статическая фазовая характеристика ИЧФД3.

Детектор ИЧФД3 обладает свойством различать как фазовые, так и частотные рассогласования сигналов Ео(t) и Ес(t), поэтому для такого детектора проблемы полосы захвата не существует. Хотелось бы отметить еще не маловажное качество ИЧФД3 - это высокую технологичность реализации такого детектора да и системы ИФАПЧ на его основе. Особенно это заметно на высоких частотах сравнения. Изготовить качественно ИФД «в-з» с его генераторами периодического напряжения и ключами для организации выборки напряжения на высоких частотах весьма затруднительно из-за паразитных пролазов с частотам сравнения на вход управляемого УГ. Что существенно ухудшает спектральные характеристики синтезатора.

Примечание: При необходимости углубленного изучения теории и практики СЧ с ИФАПЧ прошу обращаться к книге: В.А.Левин, В.Н. Малиновский, С.К. Романов «Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки» Москва, «Радио и связь» 1989г.

Часть 1. Основные сведения, назначение