dsd11-12 / dsd-11=ТКС / full

7.6. Определение порядка и коэффициента передачи ФАПЧ.

Коэффициент передачи ФАПЧ с входной фазой φREF (s) и управляющим напряжением UCNTRL (s) определяется выражением

1.ФАПЧ первого порядка с фильтром нулевого порядка.

Для фильтра нулевого порядка HLP (s) = 1 , тогда коэффициент передачи

ФАПЧ соответствует выражению (7.24), представленному диаграммой Боде

(рис. 7.9)

φ|GH(ω)|

ω

0 -90

Рис.7.9. Диаграмма Боде ФАПЧ с фильтром нулевого порядка.

ФАПЧ c фильтром нулевого порядка называется ФАПЧ первого порядка 1 типа и передаточная функция определяется как

158

2.ФАПЧ второго порядка с фильтром первого порядка.

Определим передаточную функцию фильтра первого порядка как

где ωp - граничная частота фильтра. Тогда коэффициент передачи ФАПЧ

(рис.7.10)

0

-90 -180

Рис.7.10 Диаграмма Боде ФАПЧ второго порядка.

ФАПЧ c фильтром первого порядка называется ФАПЧ второго порядка 1типа и его передаточная функция определяется как

159

3. ФАПЧ третьего порядка с контурным фильтром второго порядка. Чтобы улучшить переходную характеристику ФАПЧ, вводят в фильтр

полюс низкой частоты ωa . Это дает дополнительный сдвиг фаз на 90о. Чтобы скомпенсировать дополнительный сдвиг фаз, может быть введен компенсирующий нуль ωZ в порядок фильтра, что позволит сохранить границы изменения фазы довольно высокими.

Передаточная функция низкочастотного фильтра 2-го порядка

Коэффициент передаточной функции ФАПЧ третьего порядка 1 типа (рис.7.11) определяется как

Если ωa = 0 , то получим ФАПЧ третьего порядка 2 типа.

160

log|GH(ω)|

ωa

0

-90

-90 -180

Рис.7.11. Диаграмма Боде ФАПЧ третьего порядка 1 типа.

На рис. 7.12 приведена схема фильтра для ФАПЧ третьего порядка 2 типа. Передаточная функция такого фильтра и соответствующий коэффициент передачи ФАПЧ определяются, как

Рис.7.12. Низкочастотный фильтр второго порядка.

161

7.7. Фазовый детектор в ФАПЧ.

Итак, фазовый детектор это фазосравнивающее устройство переключающего типа. Его напряжение рассогласования пропорционально разности фаз между входными сигналами и после фильтрации соответствует среднему значению выходного напряжения.

Возможны три способа схемотехнической реализации фазового детектора:

1.Фазовый детектор на основе аналогового перемножителя, выполненного на схеме Гильберта. Необходимо отметить, что его выходное напряжение является результатом произведения двух синусоидальных сигналов подобной частоты и зависит от постоянных составляющих входных сигналов.

2.Импульсный фазовый детектор, реализованный на логических схемах: либо на EXOR, либо на RS или D - триггерах (Flip-Flop). Отметим, что чувствительность импульсных фазовых детекторов зависит от фронтов переключения логических элементов, особенно когда ФАПЧ выходит на захват.

3.Фазо-частотный детектор реализуется на логических элементах. Выходной сигнал отслеживает не только разность фаз, но и разность частот входных сигналов, способствуя автоподстройке ФАПЧ для захвата частоты в широком диапазоне частот.

Рассмотрим более подробно схемы фазовых детекторов и их характеристики.

7.7.1. Аналоговый фазовый детектор.

Если применять фазовый детектор типа аналогового умножителя (рис.7.13.а), то его выходное напряжение UPD может быть записано как

162

Ucc

I0 -UИП

UREF

б)

ω0 t

UVCO

в)

ω0 t

UPD

ω0 t

UPDmin=-I0RН

π 2π 3π 4π 5π 6π

ϕ1 ϕ2

ϕ

Рис.7.13. Аналоговый фазовый детектор а – электрическая схема, б,в – входные сигналы, г – выходной сигнал

163

фазового детектора.

В аналоговых ФД для определения фазового интервала обычно берутся точки с нулевыми мгновенными значениями синусоиды, обеспечивающие формирование входных и, соответственно, выходных импульсов, показанных на рис.7.13.б-г. В простейшем случае, если

где φ1(t) - мгновенное значение фазы детектируемого сигнала, φ2(t) - мгновенное значение фазы опорного сигнала, δφ(t) - модулирующее изменение фазы детектируемого сигнала, Δφ(t) – мгновенная разность фаз. Таким образом, для

аналогового ФД максимальный фазовый сдвиг определяется как ϕ = ±π2 .

Передаточная характеристика ФД, реализованного на аналоговом умножителе, т.е. зависимость выходного напряжения от фазового сдвига приведена на рис.7.14.

164

Рис.7.14. Передаточная характеристика аналогового фазового детектора.

Фазовый детектор на аналоговом умножителе главным образом успешно применяется, когда частота передачи слишком высокая и полоса пропускания достаточно узкая. Необходимо обратить внимание на фильтрацию паразитных составляющих передаточной функции (7.34), иначе возможен ложный захват гармоник опорного сигнала ( 2ωt ).

7.7.2. Импульсные фазовые детекторы.

Импульсные фазовые детекторы выполняются на логических элементах и работают с прямоугольным импульсным сигналом.

7.7.2.1. Импульсный фазовый детектор, реализованный на логической схеме исключающее ИЛИ (XOR).

При реализации XOR используется схема на логических элементах И-НЕ или ИЛИ-НЕ. На рис.7.15. предложены схемы XOR на элементах И-НЕ.

Рис. 7.15. Возможные варианты реализации фазового детектора типа EXOR:

а) реализация AB AB ; в) реализация A AB B AB .

165