RU2661328C1 - Frequency tuning method and phase detector - Google Patents

Frequency tuning method and phase detector Download PDF

Info

Publication number
RU2661328C1
RU2661328C1 RU2017132069A RU2017132069A RU2661328C1 RU 2661328 C1 RU2661328 C1 RU 2661328C1 RU 2017132069 A RU2017132069 A RU 2017132069A RU 2017132069 A RU2017132069 A RU 2017132069A RU 2661328 C1 RU2661328 C1 RU 2661328C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
phase detector
period
converter
Prior art date
Application number
RU2017132069A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Сендерович Брайловский
Original Assignee
Геннадий Сендерович Брайловский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Геннадий Сендерович Брайловский filed Critical Геннадий Сендерович Брайловский
Priority to RU2017132069A priority Critical patent/RU2661328C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2661328C1 publication Critical patent/RU2661328C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D13/00Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/02Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information
    • H04L7/033Speed or phase control by the received code signals, the signals containing no special synchronisation information using the transitions of the received signal to control the phase of the synchronising-signal-generating means, e.g. using a phase-locked loop

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the radio engineering. For this, a frequency tuning method is provided, in which at the phase detector (PD) output pulses are generated, which filter and control the oscillator frequency, after the reference signal (RS) front appearance in the first half period, generating the pulse front, and in the absence of it is at the period second half beginning, with the RS front appearance in the period first three quarters, at the period fourth quarter beginning generating the pulse slice, and with the RS front appearance in the period fourth quarter, the slice is generated in the cycles next period. PD contains three D-flip-flops.
EFFECT: elimination of the “arbitrage” influence in the retention zone, as well as the ability to work with the different duty cycles RS, which period is a multiple of the cycles period, and frequency tuning by the received data fronts.
7 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике.The invention relates to radio engineering.

Известен способ подстройки частоты [1], в котором на первом выходе фазового детектора формируют импульс по фронту опорного сигнала, на втором выходе фазового детектора формируют импульс по фронту тактов, а после появления обоих импульсов формируют срезы импульсов на обоих выходах фазового детектора, импульсы на первом и втором выходах фазового детектора преобразуют соответственно в сигналы положительной и отрицательной полярности, которые затем суммируют, фильтруют и управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют такты. Способ имеет зоны поиска и удержания от 0° до 360°.There is a known method of frequency adjustment [1], in which a pulse is generated at the first output of the phase detector along the front of the reference signal, a pulse is generated at the second output of the phase detector at the clock front, and after the appearance of both pulses, pulse slices are formed at both outputs of the phase detector, pulses at the first and the second outputs of the phase detector are converted respectively into signals of positive and negative polarity, which are then added, filtered and controlled by the frequency of the generator, the frequency of the generator is divided and formed so you. The method has a search and hold zone from 0 ° to 360 °.

Способ [1] имеет следующие недостатки:The method [1] has the following disadvantages:

• в режиме удержания работает только с сигналами равных частот (не может подстраивать такты по принятым данным);• in the hold mode, it works only with signals of equal frequencies (cannot adjust clock cycles according to received data);

• для его реализации требуется токовый преобразователь, которого нет в цифровых ПЛИС;• its implementation requires a current converter, which is not in digital FPGAs;

Известен способ подстройки частоты [2], в котором опорный и тактовый сигналы перемножают, полученный сигнал фильтруют и управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют такты. Для логических сигналов функцию умножителя выполняет логический элемент «исключающее ИЛИ» (см., например, описание фазового детектора 1 микросхемы CD 4046 ф. RCA или ее аналогов: HEF 4046B, CDD 4046B или К564ГП [3]).A known method of frequency adjustment [2], in which the reference and clock signals are multiplied, the received signal is filtered and the frequency of the generator is controlled, the frequency of the generator is divided and clock cycles are formed. For logical signals, the multiplier function is performed by the exclusive OR logic element (see, for example, the description of phase detector 1 of the CD 4046 chip RCA or its analogs: HEF 4046B, CDD 4046B, or K564GP [3]).

Способ [2] отличается простым фазовым детектором, но имеет следующие недостатки:The method [2] is characterized by a simple phase detector, but has the following disadvantages:

• скважность импульсных сигналов должна быть близка к 2;• duty cycle of pulsed signals should be close to 2;

• работает только при равных и кратных частотах;• works only at equal and multiple frequencies;

• не может подстраивать тактовую частоту по фронтам данных при приеме дискретных сигналов;• cannot adjust the clock frequency on the edges of the data when receiving discrete signals;

• подстройка происходит по фронтам и срезам импульсов, что снижает точность и увеличивает фазовый шум, т.к. реально скважность всегда отличается от 2;• tuning takes place along the edges and cuts of pulses, which reduces accuracy and increases phase noise, because in reality, duty cycle always differs from 2;

• область поиска (удержания) составляет от 0° до 180° (в зоне от 180° до 360° инвертируются скважность выходного сигнала умножителя и знак подстройки, что увеличивает время поиска, а в режиме удержания уход разности фаз от номинальных 90° за границы области 0÷180° приведет к потере захвата и новому поиску).• the search (hold) region is from 0 ° to 180 ° (in the zone from 180 ° to 360 ° the duty cycle of the output signal of the multiplier and the tuning sign are inverted, which increases the search time, and in the hold mode the phase difference moves away from the nominal 90 ° beyond the boundaries of the region 0 ÷ 180 ° will lead to loss of capture and a new search).

Известен фазовый детектор [1], содержащий содержит два D-триггера, два логических элемента И, два буфера. Сравнение любой пары фронтов опорного и тактового сигналов в фазовом детекторе [1] приводит к «арбитражу» в момент сброса D-триггеров. При «арбитраже» возможны нестабильный переходный процесс, увеличение времени переключения при формировании фронта, колебательная аномалия или метастабильная аномалия [4], что приводит к увеличению фазового шума и снижению быстродействия.Known phase detector [1], containing contains two D-flip-flops, two logical elements And, two buffers. Comparison of any pair of edges of the reference and clock signals in the phase detector [1] leads to “arbitration” at the moment of reset of D-flip-flops. In “arbitration”, an unstable transition process, an increase in switching time during front formation, an oscillation anomaly, or a metastable anomaly are possible [4], which leads to an increase in phase noise and a decrease in speed.

Известен логический элемент «исключающее ИЛИ» [3], который выполняет функцию фазового детектора импульсных сигналов - умножителя в способе [2]. Его преимущества и недостатки определяются способом подстройки частоты [2] и были описаны выше.Known logical element "exclusive OR" [3], which performs the function of a phase detector of pulsed signals - a multiplier in the method [2]. Its advantages and disadvantages are determined by the method of frequency adjustment [2] and have been described above.

Наиболее близким (прототипом) является фазовый детектор [5], который содержит три D-триггера и четыре логических элемента И. Это устройство может работать при кратных частотах, что позволяет использовать его для подстройки тактовой частоты по фронтам данных при приеме дискретных сигналов. Фазовый детектор имеет следующие недостатки:The closest (prototype) is a phase detector [5], which contains three D-flip-flops and four logical elements I. This device can operate at multiple frequencies, which allows you to use it to adjust the clock frequency on the edges of the data when receiving discrete signals. The phase detector has the following disadvantages:

• предназначен для совместной работы с двухполярным токовым формирователем, который отсутствует в цифровых ПЛИС;• Designed for collaboration with a bipolar current driver, which is not available in digital FPGAs;

• при появлении фронта опорного сигнала в окрестности фронта тактов появляется «арбитраж» [4]. Ширина опасного временного интервала меньше времени переключения D-триггера, но он расположен в центре рабочей зоны удержания. Возможные колебательная или метастабильная аномалии [4] увеличивают фазовый шум и снижают быстродействие.• when the reference signal front appears in the vicinity of the clock front, “arbitration” appears [4]. The width of the dangerous time interval is less than the switching time of the D-trigger, but it is located in the center of the holding area. Possible vibrational or metastable anomalies [4] increase phase noise and reduce performance.

Наиболее близкими к предлагаемым являются способ [2] и фазовый детектор [5] (прототипы).Closest to the proposed are the method [2] and phase detector [5] (prototypes).

Цель изобретения (технический результат) - повышение функциональных надежности (устранение «арбитража» в зоне удержания) и расширение функциональных возможностей способа подстройки частоты, в части:The purpose of the invention (technical result) is to increase functional reliability (elimination of "arbitration" in the holding zone) and expanding the functionality of the frequency adjustment method, in part:

• расширения области поиска и удержания;• expanding the search and retention area;

• обеспечения работы с произвольной кратностью периода опорного сигнала к тактам, возможности изменения этой кратности, переменной скважности опорного сигнала во время работы (возможность подстройки частоты тактов по фронтам данных при приеме дискретных сигналов);• ensuring operation with an arbitrary frequency ratio of the reference signal to clock cycles, the possibility of changing this frequency, the variable duty cycle of the reference signal during operation (the ability to adjust the frequency of clock cycles on the data fronts when receiving discrete signals);

• повышения точности и снижение фазового шума за счет перехода от подстройки по фронтам и срезам к подстройке по фронтам.• improving accuracy and reducing phase noise due to the transition from tuning along the edges and cuts to tuning along the edges.

Технический результат достигается тем, что:The technical result is achieved by the fact that:

1) в способе подстройки частоты, в котором на выходе фазового детектора формируют импульсы, которые фильтруют, и полученным сигналом управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют тактовые сигналы для фазового детектора, при этом после появления в первой половине периода тактов фронта опорного сигнала формируют фронт импульса на выходе фазового детектора, а при отсутствии фронта опорного сигнала в первой половине периода тактов фронт импульса на выходе фазового детектора формируют в начале второй половины периода тактов, при появлении фронта опорного сигнала в первых трех четвертях периода тактов срез импульса на выходе фазового детектора формируют в начале четвертой четверти периода тактов, а при появлении фронта опорного сигнала в четвертой четверти периода тактов срез импульса на выходе фазового детектора формируют в следующем периоде тактов.1) in the frequency adjustment method, in which pulses are generated at the output of the phase detector, which are filtered, and the generator frequency is controlled by the generated signal, the generator frequency is divided and clock signals are generated for the phase detector, while after the appearance of the clock signal front edges in the first half of the period, they form the pulse front at the output of the phase detector, and in the absence of a reference signal front in the first half of the cycle period, the pulse front at the output of the phase detector is formed at the beginning of the second half of the period acts, with the appearance of the front of the reference signal in the first three quarters of the period of clock cycles slice pulse at the output of the phase detector is formed in the beginning of the fourth quarter of the period of clock cycles and when a reference edge in the fourth quarter cycle clocks pulse slice at the output of the phase detector is formed in the next period cycles.

2) при появлении фронта опорного сигнала в четвертой четверти периода тактов срез импульса на выходе фазового детектора формируют в начале второй четверти периода следующего периода тактов2) when the front of the reference signal appears in the fourth quarter of the cycle period, a pulse slice at the output of the phase detector is formed at the beginning of the second quarter of the period of the next cycle period

3) частоту генератора делят в два этапа, при этом на втором этапе 4-кратную тактовую частоту делят в 4 раза до тактовой частоты, а в фазовом детекторе используют импульсы 4 кратной тактовой частоты и несколько сигналов с выходов второго делителя.3) the generator frequency is divided in two stages, while in the second stage, the 4-fold clock frequency is divided 4 times to the clock frequency, and pulses of 4 times the clock frequency and several signals from the outputs of the second divider are used in the phase detector.

4) в фазовый детектор, дополнительно введены два элемента ИЛИ и логический преобразователь, вход опорной частоты соединен с D-входом первого D-триггера, выход которого соединен с D-входом второго D-триггера, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и с D-входом третьего D-триггера, первый выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с СЕ-входом третьего D-триггера, выход второго элемента И соединен с другим входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с выходом фазового детектора, три выхода логического преобразователя соединены попарно соответственно с СЕ-входом первого D-триггера и другими входами второго элементов И и ИЛИ, входы логического преобразователя соединены попарно соответственно с дополнительными тактовыми входами фазового детектора.4) in the phase detector, two OR elements and a logic converter are additionally introduced, the reference frequency input is connected to the D-input of the first D-trigger, the output of which is connected to the D-input of the second D-trigger, the output of the first AND element is connected to the first input of the first element OR and with the D-input of the third D-trigger, the first output of which is connected to the first input of the second OR element, the output of which is connected to the CE-input of the third D-trigger, the output of the second AND element is connected to another input of the first OR element, the output of the second OR element connected to you during the phase detector, the three outputs of the logic converter are connected in pairs, respectively, with the CE input of the first D-trigger and other inputs of the second AND and OR elements, the inputs of the logic converter are connected in pairs, respectively, with the additional clock inputs of the phase detector.

Группа изобретений связана общим замыслом и удовлетворяет требованию единства изобретения, т.к. фазовый детектор является частью устройства для осуществления предложенного способа. При анализе уровня техники и новизны заявляемых объектов не обнаружены аналоги с перечисленной совокупностью вышеназванных признаков. Следовательно, описанное техническое решение соответствует критерию "новизна".The group of inventions is related by a common concept and satisfies the requirement of unity of invention, because a phase detector is part of a device for implementing the proposed method. When analyzing the level of technology and novelty of the claimed objects, no analogues were found with the above set of the above features. Therefore, the described technical solution meets the criterion of "novelty."

Предлагаемый способ представлен на фиг.1÷4. Временные диаграммы фиг. 2, 3 и 4 построены для фронтов опорного сигнала, появляющихся в первой половине, в третьей и четвертой четвертях периода тактов соответственно. На фиг. 5 приведена схема фазового детектора с логическим преобразователем рефлексного кода (кода Либау-Крейга) по пп. 4 и 5 формулы изобретения. На фиг. 6 и 7 приведены логические преобразователи унитарного и двоичного кода соответственно. На фиг. 8, 9 и 10 - временные диаграммы работы фазового детектора (фиг. 5) при разных фазах фронтов опорного частоты.The proposed method is presented in figure 1 ÷ 4. Timing diagrams of FIG. 2, 3 and 4 are plotted for the edges of the reference signal appearing in the first half, in the third and fourth quarters of the clock period, respectively. In FIG. 5 shows a diagram of a phase detector with a logical converter of the reflex code (Liebau-Craig code) according to 4 and 5 of the claims. In FIG. Figures 6 and 7 show the logical converters of the unitary and binary codes, respectively. In FIG. 8, 9 and 10 are time diagrams of the phase detector operation (Fig. 5) at different phases of the fronts of the reference frequency.

На фиг. 1 представлен способ подстройки частоты, в котором на выходе фазового детектора 1 формируют импульсы Q, которые фильтруют 2, и полученным сигналом U управляют частотой генератора 3. Частоту генератора 3 делят 4 и формируют тактовые сигналы Т для фазового детектора 1.In FIG. 1 shows a frequency adjustment method in which Q pulses are generated at the output of phase detector 1 and filtered 2, and the frequency of oscillator 3 is controlled by the received signal U. The frequency of oscillator 3 is divided by 4 and clock signals T are generated for phase detector 1.

На втором этапе деления частоты 42 4-кратную тактовую частоту 4f делят в 4 раза до тактовой частоты. В фазовом детекторе используют 4-кратную тактовую частоту 4f и несколько тактовых сигналов с выходов делителя 42. При фильтрации 2 однополярных импульсов с выхода фазового детектора должны осуществляться сдвиг уровня постоянной составляющей вниз по входу на полусумму логических уровней сигнала Q (для КМОП схем - на половину напряжения питания), выделение постоянной составляющей «сдвинутого» сигнала Q и сдвиг сигнала U в центр рабочей области регулирования частотой генератора 3. В рабочей области генератора 3 фильтрация должна быть линейной: равенство скоростей роста и спада напряжения U и их независимость от значений U. Возможно применение цифровой фильтрации.At the second stage of frequency division 42, the 4-fold clock frequency 4f is divided 4 times to the clock frequency. The phase detector uses a 4-fold clock frequency 4f and several clock signals from the outputs of the divider 42. When filtering 2 unipolar pulses from the output of the phase detector, the DC component level should be shifted down the input half the logic level of the Q signal (for CMOS circuits, by half supply voltage), the allocation of the constant component of the "shifted" signal Q and the shift of the signal U to the center of the working area of the frequency control of the generator 3. In the working area of the generator 3, the filtering should be linear: the equality of the growth and decay rates of voltage U and their independence from the values of U. It is possible to use digital filtering.

На временных диаграммах абстрактный сигнал тактовый сигнал Т, представляющий несколько сигналов с выходов делителя 42, условно изображен как импульс в четвертой четверти периода тактов, полярности сигналов Q и U соответствуют повышению частоты генератора 3 при увеличении напряжения U и используются следующие обозначения:In the time diagrams, the abstract signal is a clock signal T, representing several signals from the outputs of the divider 42, conditionally depicted as a pulse in the fourth quarter of the cycle period, the polarity of the signals Q and U correspond to an increase in the frequency of generator 3 with increasing voltage U and the following notation is used:

1/4, 2/4, 3,/4 и 4/4 - части периода тактов;1/4, 2/4, 3, / 4 and 4/4 - part of the period of measures;

Uo - значение напряжения U в конце подстройки. На фиг. 2 показано, что:Uo is the voltage value U at the end of the adjustment. In FIG. 2 shows that:

• после появления в первой половине периода тактов фронта опорного сигнала Fo формируют фронт импульса на выходе Q фазового детектора (первые четыре фронта Q);• after the front of the reference signal Fo appears in the first half of the period, a pulse front is formed at the output Q of the phase detector (the first four fronts Q);

• при отсутствии фронта опорного сигнала в первой половине периода тактов фронт импульса на выходе фазового детектора Q формируют в начале второй половины периода тактов, а срез импульса - в конце периода (пятый фронт Q);• in the absence of a reference signal front in the first half of the cycle period, the pulse front at the output of the phase detector Q is formed at the beginning of the second half of the cycle period, and the pulse slice is formed at the end of the period (fifth front Q);

• при появлении фронта опорного сигнала Fo в первых двух четвертях периода тактов срез импульса на выходе фазового детектора Q формируют в начале четвертой четверти периода тактов (первые четыре фронта Q).• when the front of the reference signal Fo appears in the first two quarters of the cycle period, a pulse slice at the output of the phase detector Q is formed at the beginning of the fourth quarter of the cycle period (the first four edges Q).

Фиг. 3 иллюстрирует функционирование при появлении фронта опорного сигнала F0 в третьей четверти периода тактов, (фронты сигнала F0 1÷3) В первой половине этих периодов отсутствуют фронты F0 и в начале второй половины формируют фронты импульсов на выходе фазового детектора Q, а срезы импульсов формируют в начале четвертой четверти периодов тактов. В тактовом периоде, когда фронт сигнала F0 появляется в третьей четверти периода, скважность импульса Q равна 4. Средняя скважность Q будет больше 2, напряжение U и частота генератора 3 снижаются, поэтому после нескольких периодов фронт сигнала F0 переходит во вторую четверть периода (последний фронт сигнала F0).FIG. 3 illustrates the operation when the front of the reference signal F 0 appears in the third quarter of the cycle period, (signal fronts F 0 1 ÷ 3) In the first half of these periods, there are no fronts F 0 and at the beginning of the second half they form pulse fronts at the output of the phase detector Q, and slices pulses form at the beginning of the fourth quarter of the periods of cycles. In the clock period, when the edge of the signal F 0 appears in the third quarter of the period, the duty cycle of the pulse Q is 4. The average duty cycle of Q will be more than 2, the voltage U and the frequency of the generator 3 decrease, therefore, after several periods, the edge of the signal F 0 goes into the second quarter of the period ( last edge of the signal F 0 ).

Фиг. 4 иллюстрирует функционирование для фронта опорного сигнала F0 в четвертой четверти периода тактов, В первой половине периода тактов отсутствует фронт F0, и в начале второй половины периода тактов формируют фронт импульса на выходе фазового детектора Q, а его срез сигнала формируют в начале второй четверти следующего периода тактов (по п. 2 формулы изобретения). В тактовом периоде, в котором появляется фронт сигнала F0, скважность импульса Q равна 4/3. Средняя скважность Q будет меньше 2, напряжение U и частота генератора 3 растут, поэтому после нескольких периодов тактов фронт сигнала F0 переходит в первую четверть следующего периода (на диаграмме последний фронт сигнала F0).FIG. 4 illustrates the operation for the front of the reference signal F 0 in the fourth quarter of the cycle period. In the first half of the cycle period, there is no front F 0 , and at the beginning of the second half of the cycle period, a pulse front is formed at the output of the phase detector Q, and its signal slice is formed at the beginning of the second quarter the next period of ticks (according to claim 2 of the claims). In the clock period in which the signal front F 0 appears, the pulse duty cycle Q is 4/3. The average duty cycle Q will be less than 2, the voltage U and the frequency of the generator 3 increase, therefore, after several periods of clock cycles, the signal front F 0 goes into the first quarter of the next period (the last edge of the signal F 0 in the diagram).

На фиг. 5 приведена схема фазового детектора, содержащего три D-триггера 101, 102 и 103 и два элемента И 111 и 112, тактовый вход 4f соединен с С-входами трех D-триггеров, вторые выходы второго и третьего D-триггеров 102 и 103 соединены попарно соответственно с первыми входами первого и второго элементов И 111 и 112, D-вход первого D-триггера 101 соединен с другим входом первого элемента И 111, фазовый детектор содержит два элемента ИЛИ 121, 122 и логический преобразователь 13, вход опорной частоты 4Fo соединен с D-входом первого D-триггера 101, выход которого соединен с D-входом второго D-триггера 102, выход первого элемента И 111 соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 122 и с D-входом третьего D-триггера 103, первый выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 122, выход которого соединен с СЕ-входом третьего D-триггера 103, выход второго элемента И 112 соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ 122, выход второго элемента ИЛИ 122 соединен с выходом фазового детектора Q, три выхода логического преобразователя Y1, Y2 и Y3 соединены попарно соответственно с СЕ-входом первого D-триггера 101, вторым входом первого элемента ИЛИ 121 и вторым входом второго элемента И 112, входы логического преобразователя 13 соединены попарно соответственно с дополнительными тактовыми входами фазового детектора Т1 и Т2.In FIG. 5 is a diagram of a phase detector containing three D-flip-flops 101, 102 and 103 and two elements And 111 and 112, a clock input 4f is connected to the C-inputs of three D-flip-flops, the second outputs of the second and third D-flip-flops 102 and 103 are connected in pairs respectively, with the first inputs of the first and second elements And 111 and 112, the D-input of the first D-flip-flop 101 is connected to another input of the first element And 111, the phase detector contains two elements OR 121, 122 and a logic converter 13, the reference frequency input 4Fo connected to D-input of the first D-flip-flop 101, the output of which is connected to the D-input of the WTO of the D-flip-flop 102, the output of the first AND 111 element is connected to the first input of the second OR element 122 and to the D-input of the third D-flip-flop 103, the first output of which is connected to the first input of the second OR element 122, the output of which is connected to the CE input of the third D-flip-flop 103, the output of the second element AND 112 is connected to the second input of the second element OR 122, the output of the second element OR 122 is connected to the output of the phase detector Q, the three outputs of the logic converter Y1, Y2 and Y3 are connected in pairs with the CE input of the first D- trigger 101, the second input of the first element nt OR 121 and the second input of the second element And 112, the inputs of the logical Converter 13 are connected in pairs, respectively, with additional clock inputs of the phase detector T1 and T2.

Логический преобразователь 13 выполнен как логический преобразователь рефлексного кода 131, который содержит логические элементы ИЛИ 123 и И 113, три выхода логического преобразователя 131 Y1, Y2 и Y3 соединены попарно соответственно с выходом элемента ИЛИ 123, выходом элемента И 113 и вторым входом преобразователя рефлексного кода Т2, первый и второй входы логического преобразователя рефлексного кода 131 соединены попарно соответственно с первыми и вторыми входами элементов ИЛИ 123 и И 113.The logical converter 13 is designed as a logical converter of the reflex code 131, which contains the logical elements OR 123 and AND 113, the three outputs of the logical converter 131 Y1, Y2 and Y3 are connected in pairs with the output of the OR element 123, the output of the element AND 113 and the second input of the reflex code converter T2, the first and second inputs of the logical converter of the reflex code 131 are connected in pairs with the first and second inputs of the elements OR 123 and AND 113, respectively.

На фиг. 5 также приведена известная схема счетчика в рефлексном коде 42 на двух D-триггерах 421 и 422 (см. например, [6, 7]).In FIG. 5 also shows the well-known counter circuit in reflex code 42 on two D-flip-flops 421 and 422 (see, for example, [6, 7]).

На фиг. 6 приведен логический преобразователь унитарного кода 132, который содержит логический элемент ИЛИ 124 и инвертор 141, три выхода логического преобразователя унитарного кода 132 Y1, Y2 и Y3 соединены попарно соответственно с выходом инвертора 141, вторым входом преобразователя унитарного кода 132 и выходом элемента ИЛИ 124, входы которого соединены попарно соответственно со вторым и третьим входами логического преобразователя унитарного кода 132, первый вход которого соединен с входом инвертора 141. На фиг. 6 также приведены соединения входов фазового детектора Т1,Т2, ТЗ с логическим преобразователя 13 и выходами 4-разрядного счетчика с унитарным кодированием 42 со входами фазового детектора T1, Т2, ТЗ. Отметим, что здесь второй выход счетчика 42 не используется. Используется последовательность состояний {1000, 0100, 0010, 0001} (см., например, [6,7]).In FIG. 6 shows a logic converter of a unitary code 132, which contains an OR gate 124 and an inverter 141, three outputs of a logic converter of a unitary code 132 Y1, Y2 and Y3 are connected in pairs with the output of the inverter 141, the second input of the unitary code converter 132, and the output of the OR element 124, the inputs of which are connected in pairs with the second and third inputs of the unit logic code 132, the first input of which is connected to the input of the inverter 141. In FIG. 6 also shows the connections of the inputs of the phase detector T1, T2, TK with the logic converter 13 and the outputs of the 4-bit unitary encoded 42 with the inputs of the phase detector T1, T2, TK. Note that here the second output of the counter 42 is not used. The sequence of states {1000, 0100, 0010, 0001} is used (see, for example, [6,7]).

На фиг. 7 приведен логический преобразователь двоичного взвешенного кода 133, который содержит логические элементы ИЛИ 125 и И 114, причем первый вход элемента И 114 инверсный, три выхода логического преобразователя двоичного кода 133 Y1, Y2 и Y3 соединены попарно соответственно с выходом элемента ИЛИ 125, выходом элемента И 114 и вторым входом преобразователя двоичного кода 133 и выходом элемента И 114, первый и второй входы логического преобразователя двоичного кода 133 соединены попарно соответственно с первыми и вторыми входами элементов ИЛИ 125 и И 114. На фиг. 7 также приведены соединения входов фазового детектора T1, Т2, ТЗ с логическим преобразователя 132 и выходами 2-х разрядного двоичного счетчика 42. Последовательность состояний: 00, 01, 01 и 11 (см., например, [6]).In FIG. 7 shows the logic converter of the binary weighted code 133, which contains the logical elements OR 125 and AND 114, and the first input of the element AND 114 is inverse, the three outputs of the logical converter of the binary code 133 Y1, Y2 and Y3 are connected in pairs with the output of the element OR 125, the output of the element And 114 and the second input of the binary code converter 133 and the output of the AND element 114, the first and second inputs of the logical binary code converter 133 are connected in pairs with the first and second inputs of the OR elements 125 and And 114, respectively. In FIG. 7 also shows the connections of the inputs of the phase detector T1, T2, TK with the logic converter 132 and the outputs of the 2-bit binary counter 42. The sequence of states: 00, 01, 01 and 11 (see, for example, [6]).

На фиг. 8 приведена временная диаграмма работы фазового детектора (фиг. 5) при появлении фронта Fo в первой четверти периода тактов (1-й и 2-й периоды) и в центре зоны удержания на границе первой и второй четвертей (5-й период). Первый D-триггер 101 не переключается в начале второй четверти периода тактов. Второй D-триггер 102 может переключаться в любой четверти периода. Третий D-триггер 103 может переключиться в лог.1 только в начале четвертой четверти периода тактов, а - в 0 в любой четверти периода. При появлении фронта Fo в первой четверти периода тактов на выходе фазового детектора Q формируется импульс с линейной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) длительности в границах от 1/2 до 4/3 периода тактов, при этом скважность импульса Q (отношение периода тактов к длительности импульса) лежит в интервале от 4/3 до 2 (на фиг. 8 - 8/5). Это соответствует увеличению напряжения U и частоты генератора 3. В остальных периодах скважность - 2.In FIG. Figure 8 shows the timing diagram of the phase detector (Fig. 5) when the Fo front appears in the first quarter of the cycle period (1st and 2nd periods) and in the center of the holding zone at the boundary of the first and second quarters (5th period). The first D-trigger 101 does not switch at the beginning of the second quarter of the cycle period. The second D-flip-flop 102 can switch in any quarter of the period. The third D-flip-flop 103 can switch to log. 1 only at the beginning of the fourth quarter of the cycle period, and - at 0 in any quarter of the period. When the front Fo appears in the first quarter of the cycle period, a pulse with linear pulse width modulation (PWM) duration is formed at the output of the phase detector Q in the range from 1/2 to 4/3 of the cycle period, while the pulse duty cycle Q (the ratio of the cycle period to duration pulse) lies in the range from 4/3 to 2 (in Fig. 8 - 8/5). This corresponds to an increase in voltage U and generator frequency 3. In other periods, the duty cycle is 2.

Функциональная надежность (отсутствие арбитража) в режиме удержания обеспечивается тем, что первый D-триггер 101 не переключается в центре зоны удержания (в конце первой четверти периода тактов).Functional reliability (no arbitration) in the hold mode is ensured by the fact that the first D-trigger 101 does not switch in the center of the hold zone (at the end of the first quarter of the measure period).

На фиг. 9 приведена временная диаграммы работы фазового детектора при появлении фронтов опорной частоты Fo: в четвертой четверти периода (1-й и 2-й периоды), во второй четверти периода (3-й и 4-й период) и на границе первой и второй четвертей периода (5-й период). В следующих периодах после появления фронтов опорного частоты Fo в четвертой четверти периода периодах тактов скважность сигнала Q составляет 4/3 (во 2-м и 3-м на фиг. 9). Это соответствует корректному увеличению частоты генератора 3 в зоне 270°÷360°.In FIG. Figure 9 shows the time diagram of the phase detector when the fronts of the reference frequency Fo appear: in the fourth quarter of the period (1st and 2nd periods), in the second quarter of the period (3rd and 4th period) and on the border of the first and second quarters period (5th period). In the following periods after the appearance of the fronts of the reference frequency Fo in the fourth quarter of the period of the cycle periods, the duty cycle of the signal Q is 4/3 (in the 2nd and 3rd in Fig. 9). This corresponds to the correct increase in the frequency of the generator 3 in the zone 270 ° ÷ 360 °.

Для фронта Fo, поступившего во второй четверти периода, фазовый детектор работает линейно с ШИМ и скважность Q ограничена интервалом от 2 до 4 (на фиг. 9 -8/3). Это соответствует уменьшению напряжения U и частоты генератора 3.For the front Fo received in the second quarter of the period, the phase detector operates linearly with the PWM and the duty cycle Q is limited to the interval from 2 to 4 (in Fig. 9-8/3). This corresponds to a decrease in the voltage U and the frequency of the generator 3.

В остальных периодах скважность сигнала Q составляет 2.In other periods, the signal duty cycle Q is 2.

Появление фронта опорной частоты Fo на границе первой и второй четвертей периода (5-й период фиг. 9) соответствует отсутствию фазовой ошибки.The appearance of the front of the reference frequency Fo at the boundary of the first and second quarters of the period (5th period of Fig. 9) corresponds to the absence of a phase error.

На фиг. 10 приведена временная диаграммы работы фазового детектора при появлении фронтов опорного частоты Fo в третьей четверти периода (1-й и 2-й периоды). В первых двух периодах тактов фронт сигнала Y3 в начале третьей четверти опережает фронт Fo и на выходе третьего D-триггера Q3 формируется импульс в четвертой четверти периода. На выходе Q формируется импульс в третьей четверти периода. В первых двух периодах тактов скважность сигнала Q равняется 4, что соответствует уменьшению напряжения U и частоты генератора 3. В остальных периодах скважность сигнала Q составляет 2.In FIG. 10 shows the time diagram of the phase detector when the fronts of the reference frequency Fo appear in the third quarter of the period (1st and 2nd periods). In the first two periods of cycles, the signal front Y3 at the beginning of the third quarter is ahead of the front Fo and a pulse is generated in the fourth quarter of the period at the output of the third D-trigger Q3. At the output Q, a pulse is formed in the third quarter of the period. In the first two periods of cycles, the duty cycle of the signal Q is 4, which corresponds to a decrease in the voltage U and the frequency of the generator 3. In other periods, the duty cycle of the signal Q is 2.

Фазовые детекторы с другими вариантами построения логического преобразователя (фиг. 6 и 7) работают аналогичноPhase detectors with other options for constructing a logic converter (Fig. 6 and 7) work similarly

Таким образом, способ по предложению может работать с опорным сигналом различной скважности, при любой кратности периода опорного сигнала к тактам и при изменениях кратности и скважности в процессе работы, подстраивать частоту тактов по фронтам данных, а фазовый детектор не подвержен «арбитражу» в зоне удержание.Thus, the method according to the proposal can work with a reference signal of different duty cycle, for any multiplicity of the period of the reference signal to clock cycles and for changes in the frequency ratio and duty cycle during operation, adjust the clock frequency on the data fronts, and the phase detector is not subject to “arbitration” in the hold zone .

Источники информацииInformation sources

1. Патент US 5892380, кл. 337/172, 06.04.1999.1. Patent US 5892380, CL 337/172, 04/06/1999.

2. Гребен А.В. Проектирование аналоговых интегральных схем, Пер. с англ. – М.: Энергия 1976, 266 с, стр. . 196 рис. 9-17.2. Greben A.V. Design of analog integrated circuits, Per. from English - M.: Energy 1976, 266 s, p. 196 images 9-17.

3. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. - М.: Металлургия 1988, 352 с, стр. 279 рис. 2.73 а, стр. , 282 рис. 2.75 а, б.3. Shilo V.L. Popular Digital Chips: A Guide. - M.: Metallurgy 1988, 352 s, p. 279 p. 2.73 a, p., 282 fig. 2.75 a, b.

4. Автоматное управление асинхронными процессами в ЭВМ и дискретных системах / Под ред. В.И. Варшавского. - М.: Наука, Гл. ред. физмат, лит., 1986. 400 с, стр. 284-294 § 9.1-9.3, стр. 310 § 9.6.4. Automated control of asynchronous processes in computers and discrete systems / Ed. IN AND. Warsaw. - M.: Science, Ch. ed. Fizmat, lit., 1986. 400 s, p. 284-294 § 9.1-9.3, p. 310 § 9.6.

5. Патент РФ 2622628, МПК H03D 13/00, 08.08.2016 (фиг. 3 и 4).5. RF patent 2622628, IPC H03D 13/00, 08/08/2016 (Fig. 3 and 4).

6. Трачик В. Дискретные устройства автоматики: Пер. с польск.; Под ред. Д.А. Поспелова. - М.: Энергия, 1978 - 456 с, стр. 325 рис. 5 - 37 а и 6, стр. 328 рис. 5 - 39 а и 6, стр. 329 рис. 5-41 а и 6.6. Trachik V. Discrete automation devices: TRANS. from Polish .; Ed. YES. Pospelova. - M .: Energy, 1978 - 456 s, p. 325 p. 5 - 37 a and 6, p. 328 fig. 5 - 39 a and 6, p. 329 fig. 5-41 a and 6.

7. Проектирование микроэлектронных цифровых устройств / Под ред. С.А. Майорова - М.: Сов. радио, 1977, 272 с, стр. 175 рис. 5 -18 а и 6, стр. 182 рис. 5 -22.7. Design of microelectronic digital devices / Ed. S.A. Mayorova - M .: Sov. radio, 1977, 272 p. 175 p. 5-18 a and 6, p. 182 fig. 5-22.

Claims (7)

1. Способ подстройки частоты, в котором на выходе фазового детектора формируют импульсы, которые фильтруют, и полученным сигналом управляют частотой генератора, частоту генератора делят и формируют тактовые сигналы для фазового детектора, при этом после появления в первой половине периода тактов фронта опорного сигнала формируют фронт импульса на выходе фазового детектора, отличающийся тем, что при отсутствии фронта опорного сигнала в первой половине периода тактов фронт импульса на выходе фазового детектора формируют в начале второй половины периода тактов, при появлении фронта опорного сигнала в первых трех четвертях периода тактов срез импульса на выходе фазового детектора формируют в начале четвертой четверти периода тактов, а при появлении фронта опорного сигнала в четвертой четверти периода тактов срез импульса на выходе фазового детектора формируют в следующем периоде тактов.1. A frequency adjustment method, in which pulses are generated at the output of the phase detector and filtered, and the generator frequency is controlled by the received signal, the generator frequency is divided and clock signals are generated for the phase detector, while after the appearance of the clock signal front edges in the first half of the period, they form a front a pulse at the output of the phase detector, characterized in that in the absence of a reference signal front in the first half of the cycle period, a pulse front at the output of the phase detector is formed at the beginning of the second halves of the cycle period, when the front of the reference signal appears in the first three quarters of the cycle period, the pulse cut at the output of the phase detector is formed at the beginning of the fourth quarter of the cycle period, and when the front of the reference signal appears in the fourth quarter of the cycle period, the pulse cut at the output of the phase detector is formed in the next period beats. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при появлении фронта опорного сигнала в четвертой четверти периода тактов срез импульса на выходе фазового детектора формируют в начале второй четверти периода следующего периода тактов.2. The method according to p. 1, characterized in that when the front of the reference signal appears in the fourth quarter of the cycle period, a pulse cut at the output of the phase detector is formed at the beginning of the second quarter of the period of the next cycle period. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоту генератора делят в два этапа, на последнем этапе 4- кратную тактовую частоту делят в 4 раза до тактовой частоты, а в фазовом детекторе используют импульсы 4-кратной тактовой частоты и несколько сигналов с выходов второго делителя.3. The method according to p. 1, characterized in that the generator frequency is divided in two stages, at the last stage, the 4-fold clock frequency is divided 4 times to the clock frequency, and in the phase detector, pulses of 4-fold clock frequency and several signals with outputs of the second divider. 4. Фазовый детектор, содержащий три D-триггера и два элемента И, тактовый вход соединен с С-входами трех D-триггеров, вторые выходы второго и третьего D-триггеров соединены попарно соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, D-вход первого D-триггера соединен со вторым входом первого элемента И, отличающийся тем, что фазовый детектор содержит два элемента ИЛИ и логический преобразователь, вход опорной частоты соединен с D-входом первого D-триггера, выход которого соединен с D-входом второго D-триггера, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ и с D-входом третьего D-триггера, первый выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с СЕ-входом третьего D-триггера, выход второго элемента И соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с выходом фазового детектора, три выхода логического преобразователя соединены попарно соответственно с СЕ-входом первого D-триггера, вторым входом первого элемента ИЛИ и вторым входом второго элемента И, входы логического преобразователя соединены попарно соответственно с дополнительными тактовыми входами фазового детектора.4. Phase detector containing three D-flip-flops and two And elements, the clock input is connected to the C-inputs of three D-flip-flops, the second outputs of the second and third D-flip-flops are connected in pairs with the first inputs of the first and second elements And, D-input the first D-trigger is connected to the second input of the first AND element, characterized in that the phase detector contains two OR elements and a logic converter, the reference frequency input is connected to the D-input of the first D-trigger, the output of which is connected to the D-input of the second D-trigger , output of the first element AND connected to the first input of the first OR element and to the D-input of the third D-trigger, the first output of which is connected to the first input of the second OR element, the output of which is connected to the CE-input of the third D-trigger, the output of the second AND element is connected to the second input of the second element OR, the output of the second element OR is connected to the output of the phase detector, the three outputs of the logic converter are connected in pairs with the CE-input of the first D-trigger, the second input of the first OR, and the second input of the second element AND, the inputs of the logic converter zovatelya connected in pairs respectively with the additional clock inputs of the phase detector. 5. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что используется логический преобразователь рефлексного кода, который содержит логические элементы ИЛИ и И, три выхода логического преобразователя соединены попарно соответственно с выходом элемента ИЛИ, выходом элемента И и вторым входом преобразователя рефлексного кода, первый и второй входы логического преобразователя рефлексного кода соединены попарно соответственно с первыми и вторыми входами элементов ИЛИ и И.5. The phase detector according to claim 4, characterized in that the logic converter of the reflex code is used, which contains the logical elements OR and AND, the three outputs of the logical converter are connected in pairs with the output of the OR element, the output of the AND element, and the second input of the reflex code converter, the first and the second inputs of the logic converter of the reflex code are connected in pairs, respectively, with the first and second inputs of the elements OR and I. 6. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что используется логический преобразователь унитарного кода, который содержит логический элемент ИЛИ и инвертор, три выхода логического преобразователя унитарного кода соединены попарно соответственно с выходом инвертора, вторым входом преобразователя унитарного кода и выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены попарно соответственно со вторым и третьим входами логического преобразователя унитарного кода, первый вход которого соединен со входом инвертора.6. The phase detector according to claim 4, characterized in that the unitary code logic converter is used, which contains the OR logic element and the inverter, the three outputs of the unitary code logic converter are connected in pairs respectively with the inverter output, the second input of the unitary code converter and the output of the OR element, the inputs of which are connected in pairs, respectively, with the second and third inputs of the logical converter of the unitary code, the first input of which is connected to the input of the inverter. 7. Фазовый детектор по п. 4, отличающийся тем, что используется логический преобразователь двоичного кода, который содержит логические элементы ИЛИ и И, причем первый вход элемента И инверсный, три выхода логического преобразователя двоичного кода соединены попарно соответственно с выходом элемента ИЛИ, выходом элемента И и вторым входом преобразователя двоичного кода, первый и второй входы логического преобразователя двоичного кода соединены попарно соответственно с первыми и вторыми входами элементов ИЛИ и И.7. The phase detector according to claim 4, characterized in that the binary logic converter is used, which contains the logical elements OR and AND, and the first input of the AND element is inverse, the three outputs of the binary logic converter are connected in pairs, respectively, with the output of the OR element, the output of the element And with the second input of the binary code converter, the first and second inputs of the logical binary code converter are connected in pairs with the first and second inputs of the elements OR and I.
RU2017132069A 2017-09-12 2017-09-12 Frequency tuning method and phase detector RU2661328C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132069A RU2661328C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Frequency tuning method and phase detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017132069A RU2661328C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Frequency tuning method and phase detector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2661328C1 true RU2661328C1 (en) 2018-07-13

Family

ID=62917268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017132069A RU2661328C1 (en) 2017-09-12 2017-09-12 Frequency tuning method and phase detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2661328C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711752C2 (en) * 2019-06-26 2020-01-21 Геннадий Сендерович Брайловский Data frequency adjustment method and phase detector

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1014123A1 (en) * 1981-12-23 1983-04-23 Предприятие П/Я В-8574 Frequency-phase detector
SU1758846A1 (en) * 1990-07-05 1992-08-30 Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта им.Я.М.Свердлова Reference frequency generator
US7990192B2 (en) * 2009-04-09 2011-08-02 Huawei Technologies Co., Ltd. Phase locked loop and method for charging phase locked loop
CN102751984B (en) * 2012-06-29 2015-04-22 无锡思泰迪半导体有限公司 High-speed clock data recovery system realization method and structure using same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1014123A1 (en) * 1981-12-23 1983-04-23 Предприятие П/Я В-8574 Frequency-phase detector
SU1758846A1 (en) * 1990-07-05 1992-08-30 Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта им.Я.М.Свердлова Reference frequency generator
US7990192B2 (en) * 2009-04-09 2011-08-02 Huawei Technologies Co., Ltd. Phase locked loop and method for charging phase locked loop
CN102751984B (en) * 2012-06-29 2015-04-22 无锡思泰迪半导体有限公司 High-speed clock data recovery system realization method and structure using same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711752C2 (en) * 2019-06-26 2020-01-21 Геннадий Сендерович Брайловский Data frequency adjustment method and phase detector

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6914460B1 (en) Counter-based clock doubler circuits and methods
US9438257B1 (en) Programmable frequency divider providing output with reduced duty-cycle variations over a range of divide ratios
EP2629423B1 (en) Fully digital method for generating sub clock division and clock waves
US8581640B2 (en) Clock divider with a zero-count counter
US20030080790A1 (en) Programmable divider with built-in programmable delay chain for high-speed/low power application
US20180175840A1 (en) Delay circuit, count value generation circuit, and physical quantity sensor
US7822168B2 (en) Frequency divider circuit
RU2661328C1 (en) Frequency tuning method and phase detector
US7881422B1 (en) Circuits and methods for dividing frequency by an odd value
JP4111932B2 (en) Clock divider and its trigger signal generation circuit
TW201251330A (en) Frequency divider with retimed control signal and related frequency dividing method
KR101991886B1 (en) High resolution pulse width modulator
CN114978128B (en) Method and apparatus for controlling pulse width modulation waveform
US10700669B2 (en) Avoiding very low duty cycles in a divided clock generated by a frequency divider
US20040027181A1 (en) Clock multiplying PLL circuit
RU155207U1 (en) PULSE FREQUENCY-PHASE DISCRIMINATOR
RU2622628C1 (en) Frequency tuning method and phase detector
RU2665241C1 (en) Frequency tuning method and phase detector
CN113193868A (en) Phase-locked detection device, phase-locked detection method and phase-locked loop
CN107294531B (en) Phase locked loop and frequency divider
KR100199000B1 (en) Digital pn code clock generator for pn code synchronization
RU148933U1 (en) PULSE FREQUENCY-PHASE DISCRIMINATOR
CN111865301B (en) Synchronous compensation circuit of time-lag type VCO
SU1124424A1 (en) Pulse frequency-phase discriminator
JP2641964B2 (en) Divider