Цифровой фазовый компаратор

      При работе в цепи фазовой автоподстройки ошибка по фазе может приводить к неточной настройке синтезатора. Это связано с принципиальной работой фазового детектора – он вырабатывает напряжение, использующееся для настройки ГУН. Для удержания ГУН на заданной частоте необходим постоянный сдвиг фаз межу опорным колебанием и подстраиваемым колебанием, вырабатываемым ГУН. Устранить этот недостаток можно при использовании схемы фазового компаратора.
      Фазовый компаратор позволяет формировать напряжение не пропорциональное фазе, а соответствующее знаку фазы, то есть на его выходе может быть три значения напряжения: отставание по фазе, опережение по фазе и точное совпадение по фазе входных колебаний.
      Один из вариантов реализации схемы фазового компаратора приведен на рисунке 1

Рисунок 1. Принципиальная схема фазового компаратора

      Для фазового компаратора используются два D-триггера. На тактовые входы этих триггеров подаются опорное и подстраиваемое колебания. При этом в триггеры записываются единичные значения. При записи единичных значений в оба триггера триггеры обнуляются. В результате при опережении фазы опорного колебания импульсы будут формироваться на выходе триггера D1.1, при опережении фазы подстраиваемого колебания импульсы появятся на выходе триггера D1.2. При точном совпадении фаз опорного и подстраиваемого колебания импульсы на выходе обоих триггеров будут настолько короткими, что ими можно пренебречь.
      Импульсы с выходов триггера D1.1 подаются на заряжающий конденсатор C1 ключ, а импульсы с выхода триггера D1.2  подаются на разряжающий конденсатор C1 ключ. В результате изменение напряжения на конденсаторе C1 не будет происходить только при точном совпадении фазы опорного и подстраиваемого колебаний.
      Временные диаграммы сигналов на входах и выходах триггеров фазового компаратора при опережении фазы опорного колебания приведены на рисунке 2.

а)

б)

в)

Рисунок 2. Временные диаграммы сигналов на входах и выходах триггеров, входящих в состав фазового компаратора.
а – опорное колебание опережает подстраиваемое по фазе
б - подстраиваемое колебание опережает опорное по фазе
в – колебания совпадают по фазе

      Обычно для управления варикапами, входящими в состав ГУН, требуются напряжения, большие напряжения питания цифровых микросхем (порядка 12 … 15В). В таких случаях на выходе фазового компаратора, схема которого приведена на рисунке 1, требуется усилитель. В некоторых случаях можно обойтись без такого усилителя, если воспользоваться диодными ключами, как это показано на схеме, приведённой на рисунке 3.

Рисунок 3. Принципиальная схема фазового компаратора с диодными ключами.

      В приведённой на рисунке 3 схеме фазового компаратора заряд ёмкости C1 производится через резистор R5, а разряд этой ёмкости производится через резистор R4 и полностью открытый транзистор VT1.