RU2530248C1 - Pulse frequency-phase detector - Google Patents
Pulse frequency-phase detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530248C1 RU2530248C1 RU2013144806/08A RU2013144806A RU2530248C1 RU 2530248 C1 RU2530248 C1 RU 2530248C1 RU 2013144806/08 A RU2013144806/08 A RU 2013144806/08A RU 2013144806 A RU2013144806 A RU 2013144806A RU 2530248 C1 RU2530248 C1 RU 2530248C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- interconnected
- elements
- storage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к импульсному частотно-фазовому детектору, предназначенному для использования в составе быстродействующих синтезаторов сетки частот (ССЧ) на базе контура импульсной фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).The invention relates to electronics, and in particular to a pulse frequency-phase detector, intended for use as part of high-speed synthesizers of the frequency network (SSC) based on the pulse phase locked loop (PLL).
Быстродействующие ССЧ на базе контура импульсной ФАПЧ - важные элементы таких приложений, как системы связи с «прыгающей» частотой, комплексы радиомониторинга, высокопроизводительные микропроцессоры с поддержкой функции динамического масштабирования напряжения питания и частоты, высокоскоростные цифровые интерфейсы. Требование улучшения характеристик этих систем определяет повышение требований к качественным показателям ССЧ ФАПЧ и, в первую очередь, к повышению быстродействия переходных процессов (ПП) автоподстройки при переключении частот. Одним из направлений путей повышения быстродействия контура ФАПЧ является оптимизация алгоритма формирования выходных управляющих сигналов импульсного частотно-фазового детектора во время ПП.High-speed frequency response systems based on the PLL loop are important elements of such applications as communication systems with a jumping frequency, radio monitoring complexes, high-performance microprocessors with support for dynamic scaling of the supply voltage and frequency, and high-speed digital interfaces. The requirement to improve the characteristics of these systems determines an increase in the requirements for quality indicators of the PLL frequency response and, first of all, to increase the speed of transient processes (PP) of automatic tuning when switching frequencies. One of the ways to improve the PLL loop performance is to optimize the algorithm for generating the output control signals of the pulse frequency-phase detector during the PCB.
На фиг.1 представлена типовая структурная схема быстродействующего ССЧ на базе контура импульсной ФАПЧ с аналоговым фильтром в контуре управления.Figure 1 presents a typical structural diagram of a high-speed MSS based on the pulse PLL with an analog filter in the control circuit.
В состав ССЧ входят следующие блоки:The composition of the NSS includes the following blocks:
1 - импульсный частотно-фазовый детектор (ИЧФД);1 - pulse frequency-phase detector (ICHFD);
2 - блок управляемых источников тока накачки заряда (ИТНЗ);2 - block controlled sources of charge pump current (ITNZ);
3 - аналоговый фильтр контура управления (ФКУ), состоящий из конденсатора C1, изодромного звена R2, C2, фильтра низкой частоты (ФНЧ) R3, C3 и элемента коммутации Sw;3 - analog filter of the control loop (PKU), consisting of capacitor C1, isodromic link R2, C2, low-pass filter (LPF) R3, C3 and switching element Sw;
4 - генератор, управляемый напряжением (ГУН);4 - voltage controlled oscillator (VCO);
5 - делитель частоты (ДЧ) с коэффициентами деления N, Nup и Ndn, устанавливаемыми управляющим устройством;5 - frequency divider (DF) with the division factors N, Nup and Ndn, set by the control device;
6 - блок синхронизации делителя частоты (СДЧ).6 - synchronization unit frequency divider (MFD).
Блок ИЧФД, сравнивая фазы сигналов опорной частоты Fref и частоты обратной связи Fcnt, вырабатывает сигналы Up и Dn, установка которых определяется знаком, а длительность - величиной обнаруженной разности. В соответствии с сигналами Up и Dn блок ИТНЗ вырабатывает импульсы тока I0 требуемой полярности. Под воздействием импульсов тока на элементах ФКУ формируется напряжение Vvco. В соответствии с напряжением Vvco, на выходе ГУН формируется сигнал выходной частоты Fvco, поступающий на схему ДЧ для формирования сигнала Fcnt. Изменение напряжения Vvco осуществляется таким образом, чтобы устранить фазовую ошибку между сравниваемыми сигналами Fref и Fcnt и тем самым ввести контур ФАПЧ в синхронизм. В установившемся режиме длительность импульсов выходных сигналов ИЧФД, а значит, и импульсов выходного тока ИТНЗ, практически приближается к нулю. При этом конденсаторы ФКУ работают как элементы запоминания, сохраняя напряжение Vvco. Умножение контуром ФАПЧ входной опорной частоты Fref до значения выходной частоты Fvco обеспечивается делением частоты Fvco на соответствующий коэффициент. Амплитуда выходного тока ИТНЗ и характеристики ФКУ определяют полосу пропускания контура ФАПЧ.The ICPD unit, comparing the phases of the signals of the reference frequency Fref and the feedback frequency Fcnt, generates signals Up and Dn, the installation of which is determined by the sign, and the duration - by the magnitude of the detected difference. In accordance with the signals Up and Dn, the ITNZ unit generates current pulses I 0 of the required polarity. Under the influence of current pulses, the voltage Vvco is formed on the PKU elements. In accordance with the voltage Vvco, an output frequency signal Fvco is generated at the output of the VCO, which is fed to the PM circuit to generate the Fcnt signal. The voltage Vvco is changed in such a way as to eliminate the phase error between the compared signals Fref and Fcnt and thereby introduce the PLL in synchronism. In the steady state, the duration of the pulses of the output signals of the ICHFD, and hence the pulses of the output current of the ITNZ, is practically approaching zero. In this case, the capacitors of the PKU operate as memory elements, while maintaining the voltage Vvco. The PLL loop multiplies the input reference frequency Fref to the output frequency Fvco by dividing the frequency Fvco by an appropriate factor. The amplitude of the output current of the ITNZ and the characteristics of the PKU determine the passband of the PLL.
Для повышения быстродействия контура ФАПЧ в переходном режиме при сохранении заданных фильтрующих свойств в установившемся режиме, используются режимы раздельного управления в зависимости от величины фазового рассогласования сигналов сравниваемых частот Fref и Fcnt. При фазовой разности сравниваемых сигналов Fref и Fcnt менее ±2π радиан осуществляется управление, линейно зависящее от величины фазовой разности. При превышении фазовой разности сигналов Fref и Fcnt более чем на ±2π радиан (а также по факту переключения на новую синтезируемую частоту) осуществляется перевод контура в режим релейного управления с регулированием по частоте, расширением полосы пропускания контура и использованием благоприятных фазовых соотношений за счет синхронизации ДЧ по импульсам сигнала опорной частоты. В релейном режиме частотного регулирования управляющее воздействие вырабатывается непрерывно, а его величина не зависит от величины фазовой разности, что позволяет устранить биения в управлении (циклы проскальзывания) и ускорить отработку контуром большой фазовой разности.To increase the speed of the PLL in transient mode while maintaining the specified filtering properties in the steady state, separate control modes are used depending on the magnitude of the phase mismatch of the signals of the compared frequencies Fref and Fcnt. When the phase difference of the compared signals Fref and Fcnt is less than ± 2π radians, a control is linearly dependent on the magnitude of the phase difference. If the phase difference between the Fref and Fcnt signals is more than ± 2π radians (and also after switching to a new synthesized frequency), the circuit is switched to relay control mode with frequency control, bandwidth expansion of the circuit and the use of favorable phase relations due to RF synchronization by pulses of the reference frequency signal. In the relay mode of frequency regulation, the control action is continuously generated, and its value does not depend on the magnitude of the phase difference, which eliminates the beating in the control (slip cycles) and accelerates the development of a large phase difference circuit.
Учитывая, что наличие ДЧ в цепи обратной связи вносит в контур дополнительную инерционность, для предотвращения значительного перерегулирования момент вывода контура из релейного режима частотного управления сдвигается в сторону опережения. С этой целью осуществляется деление выходной частоты ГУН на значение, отличное от требуемого в установившемся режиме, но обеспечивающее необходимое упреждение. Выбор соответствующего коэффициента деления Nup или Ndn осуществляется по состоянию сигналов Relay, Up и Dn.Considering that the presence of an RF in the feedback circuit introduces additional inertia into the circuit, in order to prevent significant overshoot, the moment of withdrawal of the circuit from the relay control of the frequency control is shifted in the direction of advance. To this end, the output frequency of the VCO is divided by a value different from that required in the steady state, but providing the necessary lead. The selection of the appropriate division coefficient Nup or Ndn is carried out according to the state of the signals Relay, Up and Dn.
В режиме релейного частотного управления осуществляется синхронизация (сброс в начальное состояние) ДЧ по импульсам сигнала опорной частоты Fref. Соответствующие импульсы сигнала Sync вырабатываются блоком СДЧ, типовая структурная схема которого представлена на фиг.2. Длительность импульсов сигнала Sync определяется задержками переключений инверторов L61 и L62.In the relay frequency control mode, the synchronization (reset to the initial state) of the PM is carried out according to the pulses of the signal of the reference frequency Fref. Corresponding pulses of the Sync signal are generated by the SDC block, a typical block diagram of which is shown in FIG. The pulse width of the Sync signal is determined by the switching delays of the inverters L61 and L62.
Благодаря синхронизации ДЧ, возвращение контура в режим линейного фазового регулирования происходит сразу, как только будет достигнута частота упреждения (условием является изменение знака разности периодов сравниваемых частот). Таким образом, в контуре создаются предпосылки для установки фазовых соотношений, благоприятных с точки зрения быстрого окончания ПП.Due to the synchronization of the PM, the loop returns to the linear phase control mode as soon as the lead frequency is reached (a condition is to change the sign of the difference in the periods of the compared frequencies). Thus, preconditions are created in the circuit for setting the phase relations favorable from the point of view of the fast termination of PP.
Расширение полосы пропускания контура реализуется увеличением амплитуды тока ИТНЗ с одновременным соответствующим шунтированием сопротивления резистора R2 изодромного звена элементом коммутации Sw с малым остаточным сопротивлением. После возвращения контура в режим линейного фазового регулирования, полоса пропускания восстанавливается до исходного значения.The bandwidth of the circuit is expanded by increasing the current amplitude of the ITNZ with simultaneous corresponding shunting of the resistance of the resistor R2 of the isodromic link by a switching element Sw with a small residual resistance. After the loop returns to linear phase control, the bandwidth is restored to its original value.
Переход контура в релейный режим частотного управления может также осуществляться внутри интервала фазовой разности ±2π радиан.The transition to the relay mode of frequency control can also be carried out within the interval of the phase difference of ± 2π radians.
Решающее влияние на динамику ПП контура ФАПЧ оказывает алгоритм формирования выходных управляющих сигналов ИЧФД, выбор момента вывода контура из релейного режима частотного управления и, особенно, начальные условия при возвращении ИЧФД в линейный режим фазового управления.A decisive influence on the dynamics of the PLL circuit of the PLL is provided by the algorithm for generating the output control signals of the ICPD, the choice of the moment the circuit is removed from the relay mode of the frequency control and, especially, the initial conditions when the ICPD returns to the linear phase control mode.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является схема ИЧФД, описанная в патенте Российской Федерации №2483434 (С1) «Импульсный Частотно-Фазовый Детектор», МПК H03D 13/00 [1]. Эта схема выбрана в качестве прототипа заявляемого изобретения и изображена на фиг.3.The closest technical solution to the claimed invention is the ICPD scheme described in the patent of the Russian Federation No. 2483434 (C1) "Pulse Frequency Phase Detector", IPC H03D 13/00 [1]. This scheme is selected as a prototype of the claimed invention and is shown in figure 3.
Первым общим признаком с заявляемым изобретением является то, что при превышении разности фаз входных сигналов сравниваемых частот значения ±2π радиан, схема изобретения [1] осуществляет выработку сигналов управления, переводящих контур ФАПЧ из линейного режима фазового управления в релейный режим частотного управления. Вторым общим признаком с заявляемым изобретением является то, что при нахождении в релейном режиме частотного управления в случае изменения знака разности сравниваемых частот, схема изобретения [1] осуществляет выработку сигналов управления, переводящих контур ФАПЧ непосредственно в исходное состояние хранения заряда в ФКУ, т.е. минуя промежуточные состояния линейного режима фазового управления.The first common feature with the claimed invention is that when the phase difference of the input signals of the compared frequencies is exceeded, the values are ± 2π radians, the circuit of the invention [1] generates control signals that transfer the PLL from the linear phase control mode to the relay frequency control mode. The second common feature with the claimed invention is that when the frequency control is in the relay mode in case of a change in the sign of the difference of the compared frequencies, the circuit of the invention [1] generates control signals that translate the PLL directly into the initial state of charge storage in the PKU, i.e. . bypassing the intermediate states of the linear phase control mode.
Схема ИЧФД изобретения [1] имеет: первый (Fref) и второй (Fcnt) входы; первый (Up1), второй (Dn1), третий (Up2) и четвертый (Dn2) выходы; первый (D1), второй (D2), третий (D3), четвертый (D4), пятый (D5) и шестой (D6) запоминающие элементы; первый (L1) и второй (L2) логические элементы. Запоминающие элементы имеют входы и выходы, обозначенные как: информационный вход - «D», информационный выход - «Q», инвертированный информационный выход - «NQ», тактовый вход - «C», установочный вход - «R».The ICHPD scheme of the invention [1] has: first (Fref) and second (Fcnt) inputs; the first (Up1), second (Dn1), third (Up2) and fourth (Dn2) outputs; first (D1), second (D2), third (D3), fourth (D4), fifth (D5) and sixth (D6) memory elements; the first (L1) and second (L2) logic elements. The storage elements have inputs and outputs, designated as: information input - “D”, information output - “Q”, inverted information output - “NQ”, clock input - “C”, installation input - “R”.
Тактовые входы элементов D1, D3, D5 и D6 соединены между собой и подключены к входу Fref устройства. Тактовые входы элементов D2 и D4 соединены между собой и подключены к входу Fcnt устройства. Информационный выход элемента D1, информационный вход элемента D3 и первый вход элемента L1 соединены между собой и подключены к выходу Up1 устройства. Информационный выход элемента D2, информационный вход элемента D4 и второй вход элемента L1 соединены между собой и подключены к выходу Dn1 устройства. Информационный выход элемента D3 подключен к выходу Up2 устройства. Выход элемента L2 подключен к выходу Dn2 устройства. Информационный вход элемента D1, инвертированный информационный выход элемента D4 и установочный вход элемента D5 соединены между собой. Установочные входы элементов D1, D2, D3 и D6 и выход элемента L1 соединены между собой. Установочный вход элемента D4 и информационный выход элемента D5 соединены между собой. Первый вход элемента L2, информационный выход элемента D4 и информационный вход элемента D6 соединены между собой. Второй вход элемента L2 и информационный выход элемента D6 соединены между собой. Информационные входы элементов D2 и D5 подключены к уровню «лог.1».The clock inputs of the elements D1, D3, D5 and D6 are interconnected and connected to the input Fref of the device. The clock inputs of the elements D2 and D4 are interconnected and connected to the input Fcnt of the device. The information output of the element D1, the information input of the element D3 and the first input of the element L1 are interconnected and connected to the output Up1 of the device. The information output of the element D2, the information input of the element D4 and the second input of the element L1 are interconnected and connected to the output Dn1 of the device. The information output of the element D3 is connected to the output Up2 of the device. The output of the element L2 is connected to the output Dn2 of the device. The information input of the element D1, the inverted information output of the element D4 and the installation input of the element D5 are interconnected. The installation inputs of the elements D1, D2, D3 and D6 and the output of the element L1 are interconnected. The installation input of the element D4 and the information output of the element D5 are interconnected. The first input of the element L2, the information output of the element D4 and the information input of the element D6 are interconnected. The second input of the element L2 and the information output of the element D6 are interconnected. The information inputs of elements D2 and D5 are connected to the level “log.1”.
На фиг.4 в форме направленного графа представлен алгоритм переходов состояний и формирования выходных управляющих сигналов схемы ИЧФД изобретения [1]. Группа состояний, соответствующая режиму хранения заряда в ФКУ, обозначена как «Keep». Перезаряд конденсаторов ФКУ осуществляется в соответствующих состояниях, обозначенных как «Up» и «Dn», а ускоренный перезаряд увеличенным значением тока ИТНЗ осуществляется в состояниях релейного режима частотного управления, обозначенных как «Relay».Figure 4 in the form of a directed graph presents an algorithm of state transitions and the formation of the output control signals of the ICHPD scheme of the invention [1]. The group of states corresponding to the charge storage mode in the PKU is designated as “Keep”. The capacitors are recharged in PKU in the corresponding states, designated as “Up” and “Dn”, and the accelerated recharge by the increased current value of the ITNS is carried out in the states of the frequency control relay mode, indicated as “Relay”.
На фиг.5 представлена таблица состояний схемы ИЧФД изобретения [1] для соответствующих состояний графа переходов фиг.4. В состояниях 2 и 4 осуществляется релейный режим частотного управления. Для выработки сигнала Relay выходные сигналы схемы ИЧФД Up2 и Dn2 комбинируются по функции «лог. ИЛИ».Figure 5 presents the state table of the ICHPD scheme of the invention [1] for the corresponding states of the transition graph of figure 4. In
Схема ИЧФД изобретения [1] имеет следующий недостаток. После выхода ИЧФД из состояния 2 релейного режима управления в исходное состояние хранения линейного режима фазового управления, фаза сигнала Fref опорной частоты и начало счета в ДЧ не синхронизированы, что увеличивает исходную фазовую разность в первый такт сравнения линейном режиме и, соответственно, увеличивает длительность ПП, необходимого для отработки этой разности.The ICPD scheme of the invention [1] has the following disadvantage. After the ICHPD returns from
Техническим результатом заявляемого изобретения является минимизация длительности ПП контура импульсной ФАПЧ за счет того, что при выходе ИЧФД из релейного режима частотного управления в состояние хранения линейного режима фазового управления, периоды сигналов сравниваемых частот Fref и Fcnt имеют нулевую исходную фазовую разность.The technical result of the claimed invention is to minimize the duration of the PCB of the pulse PLL due to the fact that when the ICHP from the relay frequency control mode to the storage state of the linear phase control mode, the signal periods of the compared frequencies Fref and Fcnt have a zero initial phase difference.
Указанный технический результат достигается тем, что перед возвращением в исходное состояние хранения линейного режима фазового управления схема ИЧФД заявляемого изобретения имеет дополнительное состояние хранения, в котором осуществляется синхронизация начала периодов сравниваемых частот Fref и Fcnt с одновременной блокировкой выработки выходных управляющих сигналов Up и Dn.The specified technical result is achieved by the fact that before returning to the initial state of storage of the linear phase control mode, the ICHP scheme of the claimed invention has an additional storage state in which the beginning of periods of the compared frequencies Fref and Fcnt are synchronized while blocking the generation of output control signals Up and Dn.
Для обеспечения данной функциональности схемы ИЧФД заявляемого изобретения, в схему ИЧФД изобретения [1], имеющую первый и второй входы; первый, второй и третий выходы; первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой запоминающие элементы; первый и второй логические элементы; тактовые входы первого, третьего и шестого запоминающих элементов соединены между собой и подключены к первому входу устройства; тактовые входы второго и четвертого запоминающих элементов соединены между собой и подключены к второму входу устройства; информационный выход первого и информационный вход третьего запоминающих элементов и первый вход первого логического элемента соединены между собой и подключены к первому выходу устройства; установочные входы первого и третьего запоминающих элементов соединены между собой; информационный вход второго запоминающего элемента подключен к уровню логической единицы; информационный выход второго запоминающего элемента и второй вход первого логического элемента соединены между собой; установочный вход второго запоминающего элемента и выход первого логического элемента соединены между собой; информационный вход шестого запоминающего элемента и первый вход второго логического элемента соединены между собой; информационный выход шестого запоминающего элемента и второй вход второго логического элемента соединены между собой, предложено ввести третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой логические элементы; выход третьего логического элемента подключить к второму выходу устройства; выход четвертого логического элемента подключить к третьему выходу устройства; информационный вход первого запоминающего элемента подключить к уровню логической единицы; инвертированный информационный выход первого запоминающего элемента и первый вход пятого логического элемента соединить между собой; установочный вход первого запоминающего элемента и выход шестого логического элемента соединить между собой; первые входы третьего и седьмого логических элементов соединить между собой и подключить к информационному выходу второго запоминающего элемента; информационный выход третьего и информационный вход пятого запоминающих элементов и первый вход четвертого логического элемента соединить между собой; информационный вход четвертого запоминающего элемента и выход седьмого логического элемента соединить между собой; информационный выход четвертого запоминающего элемента и вторые входы третьего, четвертого и седьмого логических элементов соединить между собой; инвертированный информационный выход четвертого запоминающего элемента и второй вход пятого логического элемента соединить между собой; установочный вход четвертого запоминающего элемента, выход пятого и первый вход шестого логических элементов соединить между собой; третий вход пятого и второй вход шестого логических элементов соединить между собой и подключить к выходу первого логического элемента; информационный выход пятого запоминающего элемента, первый вход второго и третьи входы четвертого и шестого логических элементов соединить между собой; установочные входы пятого и шестого запоминающих элементов и выход второго логического элемента соединить между собой; тактовый вход пятого запоминающего элемента подключить к второму входу устройства.To ensure this functionality, the ICHPD scheme of the claimed invention, to the ICHPD scheme of the invention [1], having first and second inputs; first, second and third exits; first, second, third, fourth, fifth and sixth storage elements; first and second logical elements; the clock inputs of the first, third and sixth storage elements are interconnected and connected to the first input of the device; the clock inputs of the second and fourth storage elements are interconnected and connected to the second input of the device; the information output of the first and the information input of the third storage elements and the first input of the first logical element are interconnected and connected to the first output of the device; installation inputs of the first and third storage elements are interconnected; the information input of the second storage element is connected to the level of the logical unit; the information output of the second storage element and the second input of the first logical element are interconnected; the installation input of the second storage element and the output of the first logical element are interconnected; the information input of the sixth storage element and the first input of the second logic element are interconnected; the information output of the sixth storage element and the second input of the second logic element are interconnected, it is proposed to introduce the third, fourth, fifth, sixth and seventh logic elements; the output of the third logical element is connected to the second output of the device; the output of the fourth logical element is connected to the third output of the device; connect the information input of the first storage element to the level of the logical unit; to connect the inverted information output of the first storage element and the first input of the fifth logic element; to connect the installation input of the first storage element and the output of the sixth logic element; connect the first inputs of the third and seventh logical elements to each other and connect to the information output of the second storage element; to connect the information output of the third and the information input of the fifth storage elements and the first input of the fourth logical element; to connect the information input of the fourth storage element and the output of the seventh logic element; to connect the information output of the fourth storage element and the second inputs of the third, fourth and seventh logic elements to each other; to connect the inverted information output of the fourth storage element and the second input of the fifth logic element; to connect the installation input of the fourth storage element, the output of the fifth and the first input of the sixth logic elements; connect the third input of the fifth and second input of the sixth logic elements to each other and connect to the output of the first logical element; to connect the information output of the fifth storage element, the first input of the second and third inputs of the fourth and sixth logic elements; set the inputs of the fifth and sixth storage elements and the output of the second logic element to interconnect; connect the clock input of the fifth storage element to the second input of the device.
В результате заявляемая схема ИЧФД при выходе из релейного режима частотного управления, перед возвращением в исходное состояние хранения линейного режима фазового управления имеет дополнительное состояние хранения, в котором осуществляется синхронизация начала периодов сигналов сравниваемых частот Fref и Font с одновременной блокировкой выработки выходных управляющих сигналов Up и Dn, что обеспечивает нулевую исходную фазовую разность периодов сравниваемых частот Fref и Fcnt и, соответственно, способствует быстрому окончанию ПП.As a result, the claimed ICPD scheme upon exiting the frequency control relay mode, before returning to the initial storage state of the linear phase control mode, has an additional storage state in which the beginning of the periods of the signals of the compared frequencies Fref and Font is synchronized while blocking the generation of the output control signals Up and Dn that provides a zero initial phase difference of the periods of the compared frequencies Fref and Fcnt and, accordingly, contributes to the fast termination of the PP.
Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами.The invention is illustrated by the following graphic materials.
Фиг.1. Типовая структурная схема быстродействующего ССЧ на базе контура импульсной ФАПЧ с аналоговым фильтром в контуре управления.Figure 1. A typical block diagram of a high-speed MSS based on a pulse PLL with an analog filter in the control loop.
Фиг.2. Типовая структурная схема СДЧ.Figure 2. Typical block diagram of the SDM.
Фиг.3. Схема ИЧФД, представленная в изобретении [1] и выбранная в качестве аналога-прототипа заявляемого изобретения.Figure 3. The ICHPD scheme presented in the invention [1] and selected as an analogue of the prototype of the claimed invention.
Фиг.4. Алгоритм работы схемы ИЧФД изобретения [1] в форме направленного графа.Figure 4. The algorithm of the ICHFD scheme of the invention [1] in the form of a directed graph.
Фиг.5. Таблица состояний схемы ИЧФД изобретения [1] для соответствующих состояний графа переходов фиг.4.Figure 5. The state table of the ICPD scheme of the invention [1] for the corresponding states of the transition graph of FIG.
Фиг.6. Схема ИЧФД, заявляемая в данном изобретении.6. Scheme ICPD claimed in this invention.
Фиг.7. Алгоритм работы схемы ИЧФД, заявляемой в данном изобретении, в форме направленного графа.7. The algorithm of the ICHFD scheme claimed in this invention, in the form of a directed graph.
Фиг.8. Таблица состояний схемы ИЧФД, заявляемой в данном изобретении, для соответствующих состояний графа переходов фиг.7.Fig. 8. The state table of the ICPD scheme claimed in this invention for the corresponding states of the transition graph of Fig. 7.
Фиг.9. Диаграммы состояний и формирование выходных управляющих сигналов схемы ИЧФД во время ПП автоподстройки частоты Fvco при перестройке по частоте вверх.Fig.9. State diagrams and the formation of the output control signals of the ICHFD circuit during the Fvco frequency auto-tuning software during frequency tuning up.
Фиг.10. Диаграммы состояний и формирование выходных управляющих сигналов схемы ИЧФД во время ПП автоподстройки частоты Fvco при перестройке по частоте вниз.Figure 10. State diagrams and the formation of the output control signals of the ICHFD circuit during the Fvco frequency auto-tuning software during downward tuning.
Заявляемая в данном изобретении схема ИЧФД представлена на фиг.6.The inventive circuit ICHFD is presented in Fig.6.
Схема ИЧФД имеет: первый (Fief) и второй (Fcnt) входы; первый (Up), второй (Dn) и третий (Relay) выходы; первый (D1), второй (D2), третий (D3), четвертый (D4), пятый (D5) и шестой (D6) запоминающие элементы; первый (L1), второй (L2), третий (L3), четвертый (L4), пятый (L5), шестой (L6) и седьмой (L7) логические элементы. Запоминающие элементы имеют входы и выходы, обозначенные как: информационный вход - «D», информационный выход - «Q», инвертированный информационный выход - «NQ», тактовый вход - «C», установочный вход - «R».The ICHFD circuit has: first (Fief) and second (Fcnt) inputs; first (Up), second (Dn) and third (Relay) outputs; first (D1), second (D2), third (D3), fourth (D4), fifth (D5) and sixth (D6) memory elements; the first (L1), second (L2), third (L3), fourth (L4), fifth (L5), sixth (L6) and seventh (L7) logic elements. The storage elements have inputs and outputs, designated as: information input - “D”, information output - “Q”, inverted information output - “NQ”, clock input - “C”, installation input - “R”.
Тактовые входы элементов D1, D3 и D6 соединены между собой и подключены к входу Fref устройства. Тактовые входы элементов D2, D4 и D5 соединены между собой и подключены к входу Fcnt устройства. Информационные входы элементов D1 и D2 подключены к уровню «лог.1». Информационный выход элемента D1, информационный вход элемента D3 и первый вход элемента L1 соединены между собой и подключены к выходу Up устройства. Инвертированный информационный выход элемента D1 и первый вход элемента L5 соединены между собой. Информационный выход элемента D2, второй вход элемента L1, первые входы элементов L3 и L7 соединены между собой. Установочные входы элементов D1 и D3 и выход элемента L6 соединены между собой. Информационный выход элемента D3, информационный вход элемента D5 и первый вход элемента L4 соединены между собой. Информационный вход элемента D4 и выход элемента L7 соединены между собой. Информационный выход элемента D4 и вторые входы элементов L3, L4 и L7 соединены между собой. Инвертированный информационный выход элемента D4 и второй вход элемента L5 соединены между собой. Установочный вход элемента D4, выход элемента L5 и первый вход элемента L6 соединены между собой. Установочный вход элемента D2, выход элемента L1, третий вход элемента L5 и второй вход элемента L6 соединены между собой. Информационный выход элемента D5, информационный вход элемента D6, первый вход элемента L2, третьи входы элементов L4 и L6 соединены между собой. Установочные входы элементов D5 и D6 и выход элемента L2 соединены между собой. Информационный выход элемента D6 и второй вход элемента L2 соединены между собой. Выход элемента L3 подключен к выходу Dn устройства. Выход элемента L4 подключен к выходу Relay устройства.The clock inputs of the elements D1, D3 and D6 are interconnected and connected to the input Fref of the device. The clock inputs of the elements D2, D4 and D5 are interconnected and connected to the Fcnt input of the device. Information inputs of elements D1 and D2 are connected to the level “log.1”. The information output of the element D1, the information input of the element D3 and the first input of the element L1 are interconnected and connected to the output Up of the device. The inverted information output of the element D1 and the first input of the element L5 are interconnected. The information output of the element D2, the second input of the element L1, the first inputs of the elements L3 and L7 are interconnected. The installation inputs of the elements D1 and D3 and the output of the element L6 are interconnected. The information output of the element D3, the information input of the element D5 and the first input of the element L4 are interconnected. The information input of the element D4 and the output of the element L7 are interconnected. The information output of the element D4 and the second inputs of the elements L3, L4 and L7 are interconnected. The inverted information output of the element D4 and the second input of the element L5 are interconnected. The installation input of the element D4, the output of the element L5 and the first input of the element L6 are interconnected. The installation input of the element D2, the output of the element L1, the third input of the element L5 and the second input of the element L6 are interconnected. The information output of the element D5, the information input of the element D6, the first input of the element L2, the third inputs of the elements L4 and L6 are interconnected. The installation inputs of the elements D5 and D6 and the output of the element L2 are interconnected. The information output of the element D6 and the second input of the element L2 are interconnected. The output of element L3 is connected to the output Dn of the device. The output of the L4 element is connected to the relay output of the device.
На фиг.7 представлен алгоритм работы схемы ИЧФД, заявляемой в данном изобретении, в форме направленного графа.Figure 7 presents the algorithm of the ICHFD circuit claimed in this invention in the form of a directed graph.
На фиг.8 представлена таблица состояний схемы ИЧФД, заявляемой в данном изобретении, для соответствующих состояний графа переходов фиг.7. Состояния с 0 по 4 таблицы фиг.8 совпадают с соответствующими состояниями таблицы фиг.5 для изобретения [1].On Fig presents a state table of the scheme ICPD claimed in this invention, for the corresponding states of the transition graph of Fig.7.
При увеличении во время ПП фазовой разности более -2π радиан схема ИЧФД переходит в состояние 4 алгоритма. По сигналу Fref схема ИЧФД переходит в состояние 5 алгоритма. Состояния 4 и 5 алгоритма являются состояниями релейного управления, в которых по сигналу Fref осуществляется синхронизация ДЧ. Далее происходит переключение схемы ИЧФД между состояниями 4 и 5 алгоритма до тех пор, пока не изменится знак разности сравниваемых частот, что переведет ИЧФД в исходное состояние 0 алгоритма. Причем в момент входа ИЧФД в исходное состояние 0 алгоритма, начала периодов частот сравниваемых сигналов Fref и Fcnt будут синхронизированы, как и в изобретении [1].With an increase in the phase difference during PP over -2π radians, the ICPD scheme goes into
Алгоритм переходов состояний схемы ИЧФД заявляемого изобретения, в результате которого перед возвращением ИЧФД из релейного режима частотного управления в исходное состояние хранения линейного режима фазового управления осуществляется синхронизация начала периодов сравниваемых частот с одновременной блокировкой выработки выходных управляющих сигналов, реализуется следующим образом.The state transition algorithm of the ICPD scheme of the claimed invention, as a result of which, before returning the ICPD from the relay frequency control mode to the initial state of storage of the linear phase control mode, the beginning of the periods of the compared frequencies is synchronized with the simultaneous blocking of the output of the output control signals, as follows.
При увеличении во время ПП фазовой разности сигналов сравниваемых частот более +2π радиан, схема ИЧФД переходит в состояние 2 алгоритма, в котором элементы D1 и D3 находятся в состоянии «лог.1». При поступлении сигнала Fref это состояние сохраняется и осуществляется синхронизация ДЧ. Благодаря синхронизации ДЧ, выработка сигнала Fcnt (и последующий переход в состояние 6 алгоритма) произойдет только при смене знака разности сфазированных периодов сравниваемых частот, т.е. после достижения требуемой частоты упреждения.When the phase difference of the signals of the compared frequencies increases during PP, it exceeds + 2π radians, the ICHP circuit goes into
При поступлении сигнала Fcnt элементы D2 и D5 устанавливаются в состояние «лог.1», что через элементы L1 и L7 асинхронно сбросит элементы D1, D2 и D3 в состояние «лог.0». В отличие от изобретения [1], схема ИЧФД заявляемого изобретения перейдет в состояние 6 алгоритма, являющееся дополнительным состоянием хранения заряда в ФК, в котором выходной сигнал Relay сохраняет состояние «лог.1», что необходимо для выработки схемой СДЧ сигнала Sync для синхронизации ДЧ по сигналу Fref. При этом состояние «лог.1» элемента D5 асинхронно удерживает в состоянии «лог.0» элемент D1.When the Fcnt signal arrives, the elements D2 and D5 are set to the state “log.1”, which through the elements L1 and L7 will asynchronously reset the elements D1, D2 and D3 to the state “log.0”. In contrast to the invention [1], the ICPD scheme of the claimed invention will go into
По сигналу Fref элемент D6 устанавливается в состояние «лог.1», что через элемент L2 асинхронно сбросит элементы D5 и D6 в состояние «лог.0». В результате осуществляется блокировка на один такт сигнала Fref установки в состояние «лог.1» элемента D1 (и, соответственно, выходного сигнала Up), схема ИЧФД перейдет в исходное состояние 0 алгоритма. Следующие пришедшие импульсы сигналов Fref и Fcnt дадут разность двух сфазированных сравниваемых периодов для исходного состояния 0 алгоритма, что уменьшает начальную фазовую разность в первый такт сравнения в линейном режиме фазового управления.By the signal Fref, the element D6 is set to the state “log.1”, which through the element L2 will asynchronously reset the elements D5 and D6 to the state “log.0”. As a result, the Fref signal is locked for one clock cycle to set the D1 element (and, accordingly, the output signal Up) to the “log.1” state, the ICHP circuit will go to the
В случае если в состоянии 6 алгоритма поступит сигнал Fcnt, то элемент D2 установится в состояние «лог.1», а элемент D5 установится в состояние «лог.0» и схема ИЧФД перейдет в состояние 3 алгоритма.If in the
Таким образом, переход схемы ИЧФД из релейного режима частотного управления (состояние 2 алгоритма) в дополнительное состояние хранения заряда в ФКУ (состояние 6 алгоритма), при переходе из которого в исходное состояние 0 алгоритма осуществляется синхронизация ДЧ по сигналу опорной частоты Fref, является необходимым и достаточным условием для синхронизации периодов сигналов сравниваемых частот при возвращении схемы ИЧФД в линейный режим фазового управления.Thus, the transition of the ICPD scheme from the relay mode of frequency control (
В качестве примера на фиг.9 и фиг.10 представлены диаграммы результатов моделирования ПП в ССЧ контура импульсной ФАПЧ с использованием схемы ИЧФД заявляемого изобретения. По диаграммам можно видеть переходы состояний и формирование выходных управляющих сигналов ИЧФД, сделать выводы о качестве управления, оценить значения перерегулирования и длительности ПП. Значение выходной синтезируемой частоты Fvco представлено в нормированном виде.As an example, Fig.9 and Fig.10 presents a diagram of the results of the simulation of PP in the FSS circuit of the pulse PLL using the ICHP scheme of the claimed invention. According to the diagrams, one can see state transitions and the formation of the output control signals of the ICHFD, draw conclusions about the quality of control, evaluate the values of overshoot and the duration of the PCB. The value of the output synthesized frequency Fvco is presented in normalized form.
На фиг.9 представлены диаграммы состояний и формирование выходных управляющих сигналов схемы ИЧФД во время ПП автоподстройки частоты Fvco при перестройке по частоте вверх, а на фиг.10 при перестройке по частоте вниз.Figure 9 presents the state diagrams and the formation of the output control signals of the ICHFD circuit during the Fvco frequency auto-tuning software when tuning in frequency upwards, and in Figure 10 when tuning in frequency downward.
Как следует из представленных диаграмм, отработка остаточной фазовой разности после возвращения схемы ИЧФД в линейный режим фазового управления начинается с наиболее благоприятных, с точки зрения быстрого окончания ПП, траекторий фазового пространства, что подтверждает возможность получения высокого быстродействия в ССЧ на базе контура импульсной ФАПЧ с использованием заявляемой схемы ИЧФД.As follows from the presented diagrams, the development of the residual phase difference after the ICPD scheme returns to the linear phase control mode begins with the most favorable, from the point of view of the fast termination of PC, trajectories of the phase space, which confirms the possibility of obtaining high speed in the MSS based on the pulse PLL using the claimed scheme ICHFD.
В начальной стадии ПП контур ФАПЧ ведет себя как оптимальная по быстродействию релейная система, замкнутая по частоте, с использованием упреждения и быстрой установкой напряжения на конденсаторах ФКУ.In the initial stage of the PCB, the PLL circuit behaves as a speed-optimal relay system, closed in frequency, using pre-emption and quick setting of voltage on the PKU capacitors.
Непрерывный контроль в релейном режиме разности частот Fref и Fcnt (с помощью синхронизации ДЧ) обеспечивает переход в линейную область фазового управления, как только ГУН перейдет границу частоты упреждения.Continuous monitoring in the relay mode of the frequency difference Fref and Fcnt (using the synchronization of the PM) provides a transition to the linear phase control region as soon as the VCO crosses the lead frequency limit.
При этом синхронизация периодов сравниваемых частот перед возвращением в исходное состояние линейного режима фазового управления обеспечивает нулевую исходную фазовую разность, что способствует быстрому окончанию ПП.Moreover, the synchronization of the periods of the compared frequencies before returning to the initial state of the linear phase control mode provides a zero initial phase difference, which contributes to the rapid completion of the SP.
Описанная схема ИЧФД может иметь различные альтернативные варианты своей реализации в зависимости от используемого схемотехнического базиса запоминающих и логических элементов с сохранением заданной функциональности и алгоритма формирования выходных управляющих сигналов.The described ICHPD scheme can have various alternative options for its implementation, depending on the used circuitry basis of the storage and logical elements while maintaining the specified functionality and the algorithm for generating the output control signals.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144806/08A RU2530248C1 (en) | 2013-10-07 | 2013-10-07 | Pulse frequency-phase detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013144806/08A RU2530248C1 (en) | 2013-10-07 | 2013-10-07 | Pulse frequency-phase detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2530248C1 true RU2530248C1 (en) | 2014-10-10 |
Family
ID=53381591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013144806/08A RU2530248C1 (en) | 2013-10-07 | 2013-10-07 | Pulse frequency-phase detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530248C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2721416C1 (en) * | 2019-02-25 | 2020-05-19 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" | Frequency-phase detector |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2300170C1 (en) * | 2006-01-17 | 2007-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" | Phase-frequency detector |
RU2483434C1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-05-27 | Андрей Алексеевич Зайцев | Pulsed frequency-phase detector |
-
2013
- 2013-10-07 RU RU2013144806/08A patent/RU2530248C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2300170C1 (en) * | 2006-01-17 | 2007-05-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова" | Phase-frequency detector |
RU2483434C1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-05-27 | Андрей Алексеевич Зайцев | Pulsed frequency-phase detector |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2721416C1 (en) * | 2019-02-25 | 2020-05-19 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-производственный комплекс "Технологический центр" | Frequency-phase detector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5202906A (en) | Frequency divider which has a variable length first cycle by changing a division ratio after the first cycle and a frequency synthesizer using same | |
JP2005020083A (en) | Clock generating circuit | |
US20140009192A1 (en) | Clock generation circuit and method for controlling clock generation circuit | |
EP2814177A1 (en) | Phase-locked loop device with synchronization means | |
US20050084051A1 (en) | Phase-locked-loop with reduced clock jitter | |
CN105322959A (en) | Fractional divider with ring oscillator | |
US8310288B2 (en) | PLL circuit | |
RU2530248C1 (en) | Pulse frequency-phase detector | |
JP4459923B2 (en) | PLL synthesizer | |
US9379723B2 (en) | Method and apparatus for generating a digital signal of tunable frequency and frequency synthesizer employing same | |
JPS5957530A (en) | Phase locked loop | |
RU2483434C1 (en) | Pulsed frequency-phase detector | |
KR101765306B1 (en) | Fractional frequency multiplying delay locked loop | |
CN100353673C (en) | Lock phare cycle frequency synthesizer | |
US20030042948A1 (en) | PLL circuit | |
CN102801416B (en) | Phase lock loop circuit | |
RU2329596C1 (en) | Frequency synthesizer with acoustic circuit of adaptive frequency and phase auto tuning | |
JP2018113501A (en) | Voltage control oscillation circuit and control method of the same | |
JP2005079835A (en) | Pll oscillation circuit and electronic apparatus using the same | |
KR102205037B1 (en) | A multi-modulus frequency divider for removing glitch and an electronic device including the multi-modulus frequency divider | |
JP4459969B2 (en) | PLL synthesizer | |
RU2267860C2 (en) | Frequencies synthesizer with alternating amplification and pass band of phase auto-adjustment ring | |
JP2704000B2 (en) | Phase locked loop circuit | |
US9584141B2 (en) | All digital phase-locked loop | |
RU2419201C1 (en) | Adaptive frequency synthesiser with switching of elements of ring of phase automatic control |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201008 |