Comparator de fază și frecvență
În electronică, un detector de fază-frecvență (PFD), în comparatorul italian de fază și frecvență , este o componentă capabilă să măsoare diferența de fază între două semnale de intrare. În special, spre deosebire de alte tipuri de detectoare de fază , acesta returnează un semnal proporțional cu diferența de fază atât în modul, cât și în semn.
Comparatorul de fază și frecvență este în esență o mașină cu stare finită care vă permite să determinați care dintre cele două semnale de intrare are o trecere zero mai întâi sau mai frecvent.
Operațiune
Comparatorul de fază și frecvență (PFD, detector de frecvență de fază ) este o mașină cu stare finită cu două ieșiri care permite să se determine care dintre cele două semnale de intrare are o trecere zero mai întâi sau mai frecvent [1] [2] .
PFD nu este sensibil la nivel, ci tocmai la marginile semnalului (de exemplu, marginile ascendente). Să presupunem doar pentru a rezolva ideile că PFD este în starea RESET, în care ambele ieșiri sunt zero: de îndată ce este necesară o margine a primului semnal (în cazul luat în considerare, referința de frecvență a PLL), Ieșirea UP este setată la 1 în timp ce ieșirea DOWN rămâne la zero (starea A). Circuitul va rămâne în această stare până când ajunge o margine a celui de-al doilea semnal (adică ieșirea de feedback a PLL) care va readuce circuitul în starea RESET. Dual, dacă prima margine care ajunge este cea a celui de-al doilea semnal, ieșirea DOWN va merge la 1 în timp ce UP va rămâne la zero (starea B): PFD va menține această stare până când va ajunge o margine a primului semnal. Figura de mai jos prezintă diagrama de stare a sistemului, unde U1 și U2 nu înseamnă nivelul semnalelor, ci marginea lor pozitivă.
În cazul simplu al semnalelor întârziate în două faze la aceeași frecvență, ceea ce vom observa este pur și simplu alternanța periodică a două stări: starea A (sau B) și cea a RESETĂRII. Dacă semnalele sunt și ele în fază, va fi observată doar una dintre cele două stări A sau B, care este cea care precede imediat realizarea acestei situații. Mai complicată este situația în care semnalele nu au aceeași frecvență.
O posibilă implementare a circuitului cu două flip-flops D poate fi văzută în schema din dreapta.
Comparatoarele de frecvență de fază găsesc, de asemenea, aplicații integrate cu sisteme logice integrate secvențiale și combinatorii.
Comparator de faze cu flip-flop JK
Comparatorul de tip JK poate funcționa cu intrări nesimetrice (margini ascendente). Când intrările au faze de semn opus, tensiunea într-o ieșire a filtrului de trecere converge la zero , dacă flip-flop-ul este polarizat între tensiuni (-1, +1).
În special. când cele două semnale de intrare au o defazare de 360 °, tensiunea medie de ieșire atinge maximul, egal cu +1; dimpotrivă, atunci când cele două intrări sunt perfect în fază, tensiunea de ieșire atinge minimul său, egal cu -1.
Comparatorul flip-flop JK este un detector de fază, dar nu poate funcționa și ca detector de frecvență.
Comparator de faze cu multiplicator Gilbert
Multiplicatorul lui Gilbert poate acționa ca un comparator de fază. De fapt, dacă cele două semnale de intrare sunt la aceeași frecvență, ieșirea (filtrată anterior) va fi proporțională cu a doua diferență de fază:
- ,
unde Factorul K este proporțional cu cele două amplitudini de intrare.
Prin urmare , se poate deduce că acest detector de fază este lineară în [3] .
Pentru semnalele de intrare de frecvențe diferite, ieșirea nu mai este coerentă și detectorul nu-și mai joacă rolul: se spune că este sensibil doar la diferența de fază, dar nu funcționează pentru frecvențe de intrare diferite.
În cele din urmă, trebuie acordată atenție faptului că câștigul este sensibil și în funcție de amplitudinile de intrare.
Comparator de faze cu SAU exclusiv
În comparatorul de fază exclusiv SAU , media semnalului de ieșire este proporțională cu diferența de fază dintre cele două intrări. De exemplu, dacă diferența de fază între XREF și XCOMP este de 90 de grade , semnalul de ieșire va avea un ciclu de funcționare de 50%, ceea ce determină o valoare medie de 0 pentru o ieșire variabilă între -1 și +1.
Dacă defazarea diferă cu 90 de grade, modificările în relațiile ciclice (ciclul de funcționare) ale semnalelor vor fi proporționale cu diferența de fază dintre semnalele de intrare și valoarea medie a semnalului de ieșire cu acesta. Pe de altă parte, dacă semnalele de intrare nu sunt simetrice, de exemplu cu un ciclu de funcționare diferit de 50%, domeniul de detecție este redus. Pentru un semnal de intrare al ciclului de funcționare de 5%, domeniul de detecție devine doar 5 * (2pi) / 100.
Acest sistem este un detector de fază, dar nu un detector de frecvență.
Notă
Bibliografie
- (EN) Behzad Razavi, RF Microelectronics, Upper Saddle River, NJ, Prentice Hall, 1998, ISBN 0-13-887571-5 .
- ( EN ) Roland E. Best, Bucle blocate în fază: proiectare, simulare și aplicații , New York, McGraw-Hill, 2007, ISBN 0-07-149375-1 .
