Przedmiotem wynalazku jest cyfrowy kom#ara$or fa- *zy i czestotliwosci przeznaczony do £o i czestotliwosci dwóth sygnalów* z których jeden jest syg- nalem odniesienia i tlo wytwarzania sygtisafcl stertojaofcg© 'wyfcorzystywanego w nklsdaeh regtflacfi fazy i cz^totli^ "wosci.Z opisu patentowego USA iir 3501701, Znany jest uklad -cyfrowego dysfcrymkiatora czestotliwosci. Znany dyskry* ^ainator czestOKliwosdi zawiera dwa obwody wejsciowe przeznaczone do ksztaltowania impulsów* przesuwnik fazowy, detektor fazowy oraz ^bwód wiciowy. Pierwszy obwód wejsciowy jest przeznaczony do przeksztalcania *ygnalu odniesienia w ciag impulsów prostokatnych, fctórych czestotliwosc powtarzania i faz* «a równe czesto¬ tliwosci i fazie wejsciowego sygnalu odniesienia. Drugi obwód wejsciowy jest przeznaczony do przeksztalcania sygnalu porównywanego w ciag impulsów, których czesto¬ tliwosc powtarzania i faza sa równe czestotliwosci i fazie sygnalu porównywanego. Przesuwnik fazowy, detektor fazowy i obwód wyjsciowy sa zrealizowane w ukladzie trzystopniowym rejestru przesuwajacego, przy tym prze- -suwnik fazowy i detektor fazowy zawieraja -po dwa rejestry przesuwajace, a obwód wyjsciowy jest zrealizowany na ;jednym rejestrzeprzesuwajacym.Do dwóch wejsc przesuwnika fazowego doprowadzane.sa przesuniete wzgledem siebie o 180° impulsowe sygnaly ^odniesienia. Na pierwszym wyjsciu przesuwnika fazowego otrzymywany jest sygnal impulsowy, którego fiza jest zgodna z faza sygnalu odniesienia, a czestotliwosc jest -dwa razy mniejsza od czestotliwosci sygnalu odniesienia.Na drugim wyjsciu przesuwnika fazowego otrzymywany jest sygnal, przesuniety wzgledem sygnalu na pierwszym Tvyj*ciu o 90 °, o takiej samej czestotliwoscia jak i sygnal na £ferwazy*n wy^seiti. Te dwa sygnaly sa doprowadzune 4o dwóch wejscia oprowadzany jest impulsowy sygnal f^eównywajiy z wejscia drugiego jobwodu wejsciowego, sygnaly, «trzy- tftywane aa dwóch wyjsciach detektora fazowego sa do¬ prowadzane 4© dwf&h wejsc wyjsciowego rejestru przesu¬ wajacego. Poziom sygnalu wyjsciowego mgo regestru przesuwajacego zalezy od róznicy czestotliwosci ^yflaahi odniesienia i sygnalu porównywanego, a mianowicie po¬ ziomu sygnalu wyjsciowego koncowego rejestru przesu¬ wajacego odpowiada poziomowi logicznemu *,1'% jezeli ez$8toliiW0sc sygnalu porównywanego jest wieksza, niz czestotliwosc sygnalu odniesienia, a poziomowi logicznemu ,#", jezeli czestotliwosc sygnalu porównywanego jest mniejsza niz czestotliwosc sygnaluodniesienia.Sygnal binarny 'Otrzymywany na wyjschi tego ukladu okresla znak róznicy czestotliwosci dwóch sygnalów, doprowadzonych do jego wejsc i moze byc wykorzystywany do regulacji czestotliwosci jednego sygnalu wzgledem czestotliwosci drugiego sygnalu.Jednakze znany dyskryminator czestotliwosci nie za¬ pewnia mozliwosci otrzymywania sygnalu wyjsciowego, zawierajacego informacje o róznicy faz miedzy porówny¬ wanymi sygnalami.Problem sterowania faza i czestotliwoscia zostal rozwia¬ zany w wyniku zaprojektowania komparatora fazy i czesto¬ tliwosci wedlug wynalazku. 93 44693 446 3 Zaprojektowany komparator fazy i czestotliwosci ma dwa wejscia. Jedno wejscie jest przeznaczone do odbioru sygnalu odniesienia o czestotliwosci fQ, a drugie wejscie — sygnalu roboczego o czestotliwosci f± porównywanego z sygnalem odniesienia. Komparator zawiera na wejsciu 5 pierwszy uklad ksztaltowania impulsów, dolaczony do pierwszego wejscia komparatora, oraz drugi uklad ksztal¬ towania impulsów, dolaczony do drugiego wejscia kompara¬ tora, oraz co najmniej jeden rejestr przesuwajacy, dolaczony do wyjscia pierwszego ukladu ksztaltowania impulsów. io Wedlug wynalazku komparator zawiera generator im¬ pulsów dolaczony do wyjscia drugiego ukladu ksztalto¬ wania impulsów. Wyjscie tego generatora impulsów jest dolaczone do drugiego wejscia rejestru przesuwajacego, przy czym wyjscie tego rejestru przesuwajacego stanowi 15 pienys2;e wyjscie komparatora, z którego wyprowadzany jest sygnal, zawierajacy informacje o róznicy faz porównywa¬ nych sygnalów. •l Komparator wedlug wynalazku zawiera równiez detektor /czestotliwosci, "dolaczony do wyjscia rejestru przesuwaja- 20 c^go,-uklad próbkujacy, którego pierwsze wejscie jest dolaczone do wyjscia pierwszego ukladu ksztaltowania impulsów, a drugie wejscie dó wyjscia detektora czestotli¬ wosci, oraz uklad pamieci, którego pierwsze wejscie jest dolaczone do wyjscia ukladu próbkujacego, aldrugie wejscie 25 — do wyjscia rejestru przesuwajacego. Wyjscie ukladu pamieci stanowi drugie wyjscie komparatora, z którego wyprowadzany jest sygnal zawierajacy informacje o róznicy miedzy czestotliwosciami porównywanych sygnalów.Korzystnym jest, gdy detektor czestotliwosci zawiera 30 element pamieci, element logiczny ALBO oraz uklad spustowy zalaczone szeregowo, przy czym wejscie sterujace elementu logicznego ALBO jest polaczone z wyjsciem rejestru przesuwajacego, a uklad próbkujacy zawiera obwód opózniajacy oraz zalaczony z nim szeregowo element 35 logiczny I.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony na przykla¬ dzie wykonania przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 jest schematem komparatora fazy i czestotliwosci, fig. 2 — schematem blokowym urzadzenia sterowania faza zawierajacego komparator, a fig. 3 przedstawia wykres ulatwiajacy zrozumienie zasady dzialania urzadzenia auto¬ matycznego sterowania przedstawionego na fig. 2.Komparator fazy i czestotliwosci przedstawiony na fig. 1 ma dwa wejscia 1 i 2 przeznaczone odpowiednio, do do¬ prowadzenia sinusoidalnego sygnalu odniesienia o czesto¬ tliwosci f0 i sygnalu roboczego porównywanego z sygnalem odniesienia, oraz dwa wyjscia 3 i 4, z których pierwsze wyjscie 3 jest przeznaczone do wyprowadzania sygnalu binarnego, którego dwa poziomy wskazuja odpowiednio, ze czestotliwosc sygnalu roboczego jest wieksza lub mniejsza od czestotliwosci odniesienia, a drugie wyjscie 4 jest prze¬ znaczone do wyprowadzania sygnalu binarnego, którego dwa poziomy wskazuja odpowiednio, ze sygnal roboczy wyprzedza lub opóznia sie w fazie w stosunku do sygnalu odniesienia. 40 45 50 55 Wejscie 1 jest polaczone ze wzmacniaczem — ogra¬ nicznikiem 10 wytwarzajacym wyjsciowy sygnal prosto¬ katny, którego poziomy 1 i 0 odpowiadaja okresom (— tt,0) 60 i (0,rc) sygnalu odniesienia. Wejscie 2 jest polaczone ze wzmacniaczem-ogranicznikiem 11, którego wyjscie jest dolaczone do wejscia generatora 12 impulsów. Generator 12 zawiera obwód rózniczkujacy i zalaczony do obwodu róz¬ niczkujacego monostabilny obwód spustowy (przerzutnik). 65 Generator 12 wytwarza impulsy o czasie tfwania malym, w porównaniu z okresami dwóch sygnalów wejsciowych- Cecha charakterystyczna sygnalu wyjsciowego wzmacniacza 11 jest nachylone czolo impulsów i faza równa zero (module n) sygnalu roboczego odbieranego na wejsciu 2 w przypad¬ ku, gdy ten sygnal jest sinusoidalny.Impulsy z wyjscia generatora 12 sa doprowadzane do wejsc sterujacych dwóch rejestrów przesuwajacych 13, 14 polaczonych kaskadowo. Przy tym wejscie sygnalowe pierwszego rejestru przesuwajacego 13 jest polaczone z wyjsciem wzmacniacza 10.W kazdym z okresów sygnalu roboczego przy jego fazie równej 0 pierwszy rejestr przesuwajacy 13 otrzymuje impuls sterujacy i próbkuje sygnal prostokatny odbierany ze wzmacniacza 10. Rejestruje on stan 1 lub 0 w zaleznosci od tego, czy sygnal odniesienia opóznia sie lub wyprzedza w fazie"sygnal roboczy w rozpatrywanym okresie. Rejestro¬ wany sygnal binarny otrzymywany na wyjsciu rejestru przesuwajacego 13 reprezentuje przesuniecia fazowe po¬ miedzy dwoma porównywanymi sygnalami w czasie jednego okresu sygnalu roboczego.Wyjscie pierwszego rejestru przesuwajacego 13 stanowi wyjscie 4 komparatora. Z tego wyjscia 4 wyprowadzany jest sygnal binarny zawierajacy informacje o znaku róznicy faz miedzy porównywanymi sygnalami w okresie pomiaro¬ wym wynoszacym jeden okres sygnalu roboczego.Zasada dzialania komparatora oparta jest na wykorzysta¬ niu zmian przesuniecia fazowego miedzy dwoma porówny¬ wanymi sygnalami dla okreslenia znaku róznicy ich czesto¬ tliwosci.Mozna wykazac, ze zmiany poziomu sygnalu binarnego odwzorowujacego przesuniecia fazowe odpowiadaja róznicy czestotliwosci (fo — fi) ujemnej, jezeli sygnal zmienia poziom z 0 na 1 dla wartosci ujemnej przesuniecia fazo¬ wego mniejszej, co do wartosci, od wartosci ujemnej —EA oraz róznicy czestotliwosci (fo—fi) dodatniej, jezeli sygnal zmienia poziom z 1 na 0 dla wartosci dodatniej przesuniecia fazowego mniejszej od wartosci dodatniej Ej, przy czym fa i fi sa odpowiednio czestotliwosciami sygnalu odniesienia i sygnalu roboczego.Dla danej czestotliwosci f0 wartosci E4 i £3 sa zalezne od wartosci minimalnej i maksymalnej czestotliwosci fi.Sa one ograniczone od dolu i od góry, gdyz wartosc Ej. i E2 powinny byc dodatnie. Jezeli przyjmie sie z góry E=Ei=E2, wybrane w taki sposób, ze zmiany poziomu beda wystarczajaco liczne, narzuci sie przez to granice; dolna wartosci minimalnej fi i granice górna wartosci maksymalnej ft. Przy E=rc/2 wartosci te wynosza odpowied¬ nio 4f0/5 i f0/3.Drugi obwód przedstawionego komparatora sklada sie z drugiego rejestru przesuwajacego 14, który rejestruje stan pierwszego rejestru z opóznieniem równym okresowi sygnalu roboczego, elementu logicznego ALBO 15, do którego dwóch wejsc doprowadzane sa sygnaly wyjsciowe rejestrów przesuwajacych (pierwszego i drugiego) 13 i 14, przerzutnika monostabilnego 16 wytwarzajacego impulsy o krótkim czasie trwania, odpowiadajacym czasowi naras¬ tania impulsu wyjsciowego elementu logicznego ALBO 15.Ten drugi obwód stanowi detektor czestotliwosci. Trzeci obwód komparatora sklada sie z obwodu opózniajacego 17, dostarczajacego sygnalu prostokatnego wytworzonego przez^ wzmacniacz 10 ze stalym opóznieniem równym 1/4 okresu sygnalu odniesienia i elementu logicznego I 18, do którego jednego wejscia doprowadzony jest z obwodu 17 opózniony93 446 sygnal prostokatny, a do drugiego — impulsy z obwodu 16.Element logiczny 18 przekazuje impulsy z obwodu 16 tylko wtedy, gdy zostaly one wytworzone przy fazie sygnalu odniesienia zawartej pomiedzy ^7t/2 i + n/2.Przekazywane impulsy doprowadzone sa do wejscia sterujacego trzeciego rejestru przesuwajacego 19, którego wyjscie stanowi wyjscie 3 komparatora i którego wejscie sygnalowejestpolaczonez wyjsciem rejestru 13.Rejestr trzeci rejestruje stan 1, odpowiadajacy ujemnej róznicy czestotliwosci (fQ—fi) lub stan 0, odpowiadajacy dodatniej róznicy czestotliwosci, w zaleznosci od tego czy zmiana stanu, która nastapila i wytworzyla impuls sterujacy, byla zmiana typu 0—1 lub typu 1—0.Poczawszy od chwili wykrycia zmiany poziomu sygnalu przesuniecia fazowego, sygnal wystepujacy na wyjsciu 3 jest sygnalem charakteryzujacym znak róznicy czestotli¬ wosci i równym 1 dla fif0 oraz równym 0 dla f! Przedstawiony komparator moze byc rozpatrywany* w zaleznosci od jego zastosowania, jako komparator fazy lub jako komparator czestotliwosci.Zakres dzialania komparatora jest szeroki. Wytwarza on jednoznaczna informacje o znaku róznicy czestotliwosci dla wartosci czestotliwosci fL zawartych pomiedzy 4fQ/5 i 4f0/3. Pozwala takze na wykrycie bardzo malych róznic czestotliwosci, pod warunkiem przeprowadzenia porówna¬ nia dla duzej liczby okresów sygnalu roboczego, wystar¬ czajacej do wykrycia zmiany sygnalu pozornego przesu¬ niecia fazowego. Jednakze nie daje on informacji o znaku róznicy faz dwóch sygnalów o tej samej czestotliwosci (jakimi sa sygnaly wytwarzane przez jeden i ten sam generator).Z uwagi na swe wlasciwosci, komparator ten moze byc korzystnie stosowany jako detektor bledu w ukladzie ste¬ rowania czestotliwoscia i faza. Fig. 2 przedstawia schemat tego rodzaju ukladu sterowania.Obwód przedstawiony na fig. 2 zawiera generator 20 sygnalu odniesienia o czestotliwosci f0, generator sterowany 23 wytwarzajacy sygnal o czestotliwosci f13 komparator 21 wyzej opisanego typu, do którego doprowadzane sa sygnaly wyjsciowe dwóch generatorów 20 i 23 i obwód sterujacy 22 umieszczony pomiedzy wyjsciem komparatora 21 i wejsciem sterujacym czestotliwoscia generatora 23. Generator 123 sklada sie z oscylatora o regularnej czestotliwosci, którego czestotliwosc drgan jest okreslona napieciem sterujacym.Obwód sterujacy 22 sklada sie z bistabilnego ukladu spus¬ towego, wytwarzajacego napiecie +U lub napiecie —U, w zaleznosci od wartosci sygnalu binarnego jaki jest do niego doprowadzany i z obwodu calkujacego, do którego doprowadzane jest napiecie wyjsciowe z obwodu poprzedza¬ jacego, przy czym obwód calkujacy wytwarza napiecie, które doprowadzane jest do wejscia sterujacego generatora 23.Zasada dzialania urzadzenia sterujacego zostanie przed¬ stawiona w oparciu o fig. 3, która przedstawia, w ujeciu fazowym, kolejno po sobie nastepujace stany urzadzenia sterujacego. Na osi poziomej tego schematu fazowego oznaczono przesuniecie fazowe q=cp0—cp13 wystepuj ace pomiedzy dwoma sygnalami, a na osi pionowej róznice czestotliwosci (f0—fi).Wykres przedstawiony na fig. 3 sporzadzono przy zalozeniu, ze w chwili poczatkowej czestotliwosci sygnalu generatora jest mniejsza od czestotliwosci f0 i ze wyprzedzenie w fazie wynosi okolo 180°. Urzadzenie sterujace znajduje sie w stanie, wskazywanym przez punkt . Zalozono równiez, ze komparator 21, który nie wykryl jeszcze zmiany przesuniecia fazowego wytwarza. bledny sygnal o poziomie 1 (charakteryzujacy ujemna odchylke czestotliwosci).Obwód calkujacy ukladu 22 wytwarza wzrastajace napiecie doprowadzone do generatora 23, które dziala w kierunku zmniejszenia czestotliwosci fi i zwiekszenia róznicy czestotliwosci. Jednoczesnie zachodzi zmiana fazy w kierunku zwiekszenia wartosci algebraicznej przesu¬ niecia fazowego io zmienia znak i komparator 21 wytwarza wówczas prawidlo¬ wa informacje 0. Obwód calkujacy wytwarza zmniejszajace sie napiecie, które poprzez oddzialywanie na generator 23, dzi-la w kierunku zwiekszenia czestotliwosci fi. Zmiana fazy zachodzi nadal w tym samym kierunku, co wynika z faktu, ze czestotliwosc ft jeszcze pozostaje nizsza od czesto¬ tliwosci f0. W chwili 32 przesuniecie fazowe zmienia znak, lecz komparator 21 nie wykrywa tej zmiany i nadal przesyla sygnal 0.W chwili 33 przesuniecie fazowe zmienia znak, kompa- rator wykrywa te zmiane i przesyla sygnal 0.W chwili 34 odchylka czestotliwosci zmienia znak. Ta zmiana nie jest wykrywana. Napiecie obwodu calkujacego nadal maleje, a czestotliwosc f± nadal rosnie. Faza zaczyna zmieniac sie w innym kierunku.W chwili 35 komparator wykrywa zmiane znaku prze¬ suniecia fazowego, w wyniku czego zamiast sygnalu o po¬ ziomie 0 wytwarza sygnal o poziomie 1. Obwód calkujacy wytwarza wówczas napiecie wzrastajace, a czestotliwosc fi zmierza nadal do caraz nizszych wartosci. Przesuw fazy odbywa sie w tym samym kierunku.W chwili 36, odchylka czestotliwosci zmienia znak z tym, ze zostaje to wykryte. Czestotliwosc fj nadal zmniej¬ sza sie, lecz faza zaczyna zmieniac sie w innym kierunku.Dalsza praca ukladu odbywa sie nastepnie w ten sposób.Sygnal bledu i kierunek korygowania zmieniaja kazdora¬ zowo znak wówczas, gdy przesuniecie fazowe zmienia znak.Kierunek zmiany fazy Zmienia sie za kazdym razem wów¬ czas, gdy róznica czestotliwosci zmienia znak.Mozna wykazac, ze linia wykreslona przez punkt poruszajacy sie po wykresie dazy do punktu zerowego po krzywej spiralnej zbiegajacej sie do punktu 0, czyli do pun¬ ktu, dla którego przesuniecie fazowe i róznica czestotli¬ wosci sa równe zeru. Tej zbiegajacej sie krzywej odpowiada blad fazy (p2 oraz blad czestotliwosci f2, które mozna zmniej¬ szyc na ile sie chce poprzez oddzialywanie na parametry ukladu sterujacego.Zastosowanie wynalazku nie ogranicza sie do przykladu wykonania opisanego w zwiazku z fig. 1 i 2. Mozna, oczy- 50 wiscie, przewidywac róznorodne warianty wykonania obwodów wykorzystywanych do wykrywania kierunku zmiany róznicy fazy pomiedzy dwoma sygnalami i na pod¬ stawie tego wnioskowac o znaku róznicy czestotliwosci.Podkreslic trzeba, ze sygnal róznicy fazy doprowadzany 55 do wyjscia 4 (fig. 1) komparatora nie byl wykorzystywany w obwodzie przedstawionym na fig. 2. Sygnal ten moze byc mianowicie wykorzystany do modulowania sygnalu poprawki, w celu przyspieszenia uzyskania stanu synchro¬ nizacji. Wówczas, gdy zmiany sygnalu róznicy fazy zachodza 60 w tym samym czasie, jak zmiany sygnalu róznicy czesto¬ tliwosci, oznacza to, ze jest sie bardzo blisko synchronizmu.Mozna wiec korzystnie stosowac sygnaly poprawki o róznych amplitudach, w zaleznosci od tego czy ten warunek nie jest spelniony (duza amplituda) lub jest spelniony 65 amplituda). 4093 446 8 W opisanym urzadzeniu utrzymano zmiany poziomu sygnalu róznicy fazy bliskie fezie 0 sygnalu odniesienia.Mozna takze, co nie daje zadnych korzysci, utrzymac zmiany poziomu bliskie fazie równej n sygnalu odniesienia.Zrniana 1—0 oznacza wówczas, ze fó—f± jest ujemna, a zrniana 0—1, ze fó^L j*a* dodatnia. PL