Fasdetektor

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 26 november 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Fasdetektor , fasjämförare (PD) - en elektronisk enhet som jämför faserna för två insignaler med lika eller nära frekvenser.

Två signaler matas till PD-ingången, vars faser måste jämföras, och en signal genereras vid PD-utgången, vanligtvis en spänning, som är en monoton funktion av fasskillnaden för insignalerna i ett visst område av fasskillnad.

Den används i faslåsta loopsystem , frekvenssyntes , radiomottagare , spindelhastighetsstabilisatorer, till exempel hårddiskar , etc.

Typer av FD

XOR

Den enklaste FD är det logiska elementet " EXKLUSIVT ELLER ". När man applicerar på ingången av detta element två rektangulära oscillationer med lika frekvenser med lika arbetscykel , till exempel meander , med noll fasförskjutning, är dess utspänning noll (logisk 0). Med en fasförskjutning som inte är noll, bildas pulser vid elementets utgång, vars genomsnittliga varaktighet är direkt proportionell mot fasförskjutningen och når ett maximum (logisk 1 vid utgången) vid en förskjutning lika i fallet med signaler med en arbetscykel på 2. En fasdetektor av denna typ är okänslig för tecknet på fasskillnaden, därför, för att få ett monotont beroende av utsignalen på fasskillnaden måste en av signalerna ha en initial fasförskjutning som är optimalt lika med meandern. För att genomsnittet av den pulsade utsignalen installeras ett lågpassfilter (LPF) vid utgången av detta filter. $\pi$ $\pi/2$

Balansmixer

En annan typ av FD är fyrkvadrantmultiplikatorer av två insignaler, som ofta kallas balanserade mixers . Vid utgången av en balanserad mixer finns det två gånger frekvensen av ingångssignalerna och en konstant komponent proportionell mot fasskillnaden, vilket följer av uttrycket:

\sin(\omega t+\alpha )\cos(\omega t+\beta )={\sin(\omega t-\omega t+\alpha -\beta ) \över 2}+{\sin(2\ omega t+\alpha +\beta ) \over 2}={\sin(\alpha -\beta ) \over 2}+{\sin(2\omega t+\alpha +\beta ) \over 2}.

Den första termen i multiplikationsresultatet beror inte på tid, utan endast på fasskillnaden, och är en konstant komponent vid fasdetektorns utgång. Den andra termen är en harmonisk svängning med en dubbel frekvens av insignaler - en högfrekvent komponent. En vanlig applikation för en balanserad mixer är som en frekvensmixer . Om den balanserade mixern är utformad för att markera fasskillnaden för signaler med lika frekvenser, filtreras högfrekvenskomponenten bort med ett lågpassfilter.

Om fasskillnaden för signalerna är liten, beror utsignalen från fasdetektorn ungefär linjärt på fasskillnaden i enlighet med den ungefärliga likheten - begränsningen av expansionen av sinusfunktionen i Maclaurin-serien med den första termen: $\sin x=x-{\frac {x^{3}}{3!}}+{\frac {x^{5}}{5!}}-{\frac {x^{7} }{7!}}+...$

\sin(\alpha -\beta )=\alpha -\beta .

Kretsmässigt, balanserade blandare byggs vanligtvis enligt ringmodulatorkretsar eller Gilbert- cellkretsen .

PD, triggas av fronterna på ingångssignalerna

PD:er av denna typ är känsliga för den relativa positionen av ingångssignalernas fronter. Till exempel, om signal A är före signal B, bildas positiva polaritetspulser vid utgången av denna PD med en varaktighet som är proportionell mot fasskillnaden och med en repetitionshastighet lika med frekvensen för insignalerna. Om signal B ligger före signal A, genereras negativa polaritetspulser vid utgången. För att erhålla en utspänning som är proportionell mot fasskillnaden vid utgången av FD:n används ett lågpassfilter.

Tillämpning av FD

Den traditionella tillämpningen av FDs är i servolåsta slingsystem , där FD, tillsammans med en spänningsstyrd variabel frekvensgenerator (VCO), ingår i en negativ återkopplingsslinga. Referenssignalen för detta automatiska styrsystem är ingångssignalens frekvens och FD är en komparator. I överföringsfunktionen för LPF, installerad vid utgången av FD före VCO:n, införs en extra nolla för att säkerställa en fasstabilitetsmarginal. I det enklaste fallet, om lågpassfiltret är ett lågpass RC-filter, så kan noll i överföringsfunktionen erhållas genom att inkludera ett motstånd med önskat motstånd i serie med filterkondensatorn.

FDs används också i synthesizers, multiplikatorer och frekvensdelare. I dessa system matas inte själva signalerna till PD:ns ingång, utan de signaler som erhålls som ett resultat av multiplikation, division, summering eller subtraktion av de erforderliga frekvenserna.

Inom radiokommunikation används PD i autotuningsystem för lokala oscillatorfrekvenser i superheterodynradiomottagare .

Inom telefoni används PD i tonsamtalsavkodningsenheter.

När spindlarnas och axlarnas rotationshastighet har stabiliserats, matas en signal från referensoscillatorn till en av PD-ingångarna, den andra tar emot pulser från markeringarna på hastighetsfrekvenssensorn, och utsignalen från PD styr ej VCO, men axelns elektriska drivning.

Se även

Faslåst slinga är ett automatiskt styrsystem där en fasdetektor används.

Källor

Horowitz P ., Hill W. The Art of Circuitry (i 2 volymer) = The Art of Electronics. - M . : Mir, 1980. - T. 2. - 590 sid.
/ Mike Curtin och Paul O'Brien . Faslåsta slingor för högfrekventa mottagare och sändare-3 , analog dialog , analoga enheter (juli/augusti 1999). Hämtad 25 april 2006.