Покровский / УМК ОРЭ ч.1(для студентов) / Радиоэлектроника(часть1) / Ответы(часть1)№27

Цифровые детектры - 2 -

ИМПУЛЬСНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ ДЕТЕКТОРЫ

В большинстве современных радиоэлектронных систем приемные устройства представляют собой весьма сложную структуру, реализующую обработку аналого­вых сигналов цифровыми методами. Одним из основных их элементов являются импульсные и цифровые детекторы.

Фазовый детектор на логических элементах

Такие детекторы выполняют на дискретных логических элементах, и их часто называют импульсными. В фазовых детекторах на логических элементах ФМ-колебание преобразуется в импульсное напряжение, скважность импуль­сов которого зависит от фазы входного сигнала.

На рис. 6.25, а приведена схема фазового детектора, а на рис. 6.25, б - е диаграммы, поясняющие его работу.

Импульсный фазовый детектор имеет два входа, на один из них пода­ется ФМ-сигнал u_ФМ(t) = u_ФМ (рис. 6.25, б), на другой — опорное напря­жение u_ОП(t) = u_ОП (рис. 6.25, г). ФМ-сигнал и опорное напряжение по­ступают на формирующие устройства УФ₁ и УФ₂ соответственно, в качестве которых и используются компараторы. На выходах УФ возника­ют последовательности прямоугольных импульсов u₁ и u₂ (рис 6.25, в, д), длительности которых равны соответственно полупериодам входных коле­баний — ФМ-сигнала и опорного напряжения. Сформированные им­пульсные напряжения u₁ и u₂ поступают на логическое звено И, в качестве которого используются логический элемент И—НЕ. Импульсное напряжение u_и амплитудой U₀ на выходе этого звена формируется только при одновременном действии напряжений u₁ и u₂ (рис. 6.25, е) ФНЧ вы­деляет из этого напряжения постоянную составляющую, амплитуда кото­рого U_c определяется формулой (ее нетрудно вывести):

Согласно (6.16), выходное напряжение U_c фазового детектора на ло­гических элементах линейно зависит от сдвига фазы ФМ-сигнала относи­тельно фазы опорного напряжения.

Цифровой фазовый детектор

Проанализируем процессы детектирования так называемого знакового сигнала, представляющего собой последовательность потенциальных импульсов («еди­ниц») и пауз («нулей»). Простейшими аналогами таких колебаний являются сиг­налы с ШИМ, или ФИМ.

Рассмотрим фазовое детектирование периодической Последовательности прямоугольных импульсов. Заметим, что задержка на некоторое время τ пе­риодического сигнала с периодом следования Т эквивалентна повороту его фазы на определенный угол φ = 2πτ/T. Простейшая схема цифрового фазового детектора (ЦФД) приведена на рис. 6.26, а.

ЦФД выполнен на интегральном JK-триггере, к выходу которого под­ключен фильтр нижних частот в виде интегрирующей RC-цепи. На рис. 6.26, б показаны временные диаграммы напряжений знакового сигнала u_ФМ (отра­жающего ФМ-колебание), тактовой последовательности импульсов u_оп (т. е. опорного напряжения, с фазой которого сравнивается фаза знакового сигна­ла) и сигнал U(t) на выходе ЦФД. Импульсный сигнал Q на выходе JK-триггера соответствует его таблице истинности.

Как следует из диаграмм напряжений, длительность выходных импульсов триггера пропорциональна временному (а, значит, и фазовому) сдвигу между колебаниями u_ФМ и u_оп. Напряжение на выходе ЦФД U(t) образуется сглажи­ванием импульсов Q в ФНЧ.

Цифровые фазовые детекторы могут быть построены не только на инте­гральном JK-триггере, но и на других логических схемах: элементе «Исключающее ИЛИ», RS-триггере и пр. С помощью этих схем достаточно просто удается получить длительность выходных импульсов, прямо пропорциональную временной задержке между сигналами u_ФМ и u_оп, после чего сгладить эти импульсы в ФНЧ. На рис. 6.27, а в качестве примера приведена схема ЦФД на элементе «Исключающее ИЛИ» (Сумматор по модулю два). Временные диаграммы работы ЦФД показаны на рис. 6.27, б. В этой схеме импульсное напряжение у, сформированное в схеме «Исключающее ИЛИ», подается на ФНЧ. Напряжение U(t) на выходе ФНЧ пропорционально сдвигу ФМ-сигнала относительно опорного u_оп. Этот детектор более помехо­устойчив, чем ЦФД на триггере. Дело в том, что триггеры срабатывают по фронтам импульсов, поэтому в случае «дребезга» этих фронтов выходной сигнал ЦФД может оказаться существенно искаженным. Напротив, схема «Исключающее ИЛИ» работает по уровням входных сигналов, поэтому короткие шумовые или помеховые импульсы, приводящие к «дребезгу» фронтов этих сиг­налов, не могут заметно исказить выходное напряжение.

Литературный источник: [2] страницы 368-370.