Фазовий детектор (ФД; ) — електронний пристрій, який порівнює фази двох вхідних сигналів рівних або близьких частот.
На вхід ФД подаються два сигнали, фази яких потрібно порівняти, на виході ФД формується сигнал, зазвичай напруги, пропорційний різниці фаз вхідних сигналів.
Застосовується в системах фазового автопідлаштування частоти, синтезаторах частот, радіоприймальній апаратурі, стабілізаторах частоти обертання шпинделів, наприклад, накопичувачів на жорстких дисках тощо.
Схемотехнічні рішення
ФД на логічному елементі XOR Найпростіший ФД може бути побудований на логічному елементі виключне АБО. При подачі на вхід цього елемента двох прямокутних коливань рівних частот з нульовим фазовим зрушенням його вихідна напруга дорівнює нулю (на виході логічний 0). При ненульовому зсуві фаз на виході елемента формуються імпульси, середнє значення яких прямо пропорційне фазовому зсуву і досягає максимуму (на виході логічна 1) при зсуві на 180°. Для отримання пропорційної зсуву фаз напруги імпульси з виходу елемента XOR подають на інтегрувальну ланку (фільтр низьких частот, ФНЧ).
ФД на балансному змішувачі Випускаються, в тому числі, в інтегральному виконанніДвойной балансный смеситель SA612A .
Фазово-частотний детектор Фазово-частотний детектор (англ. PFD) — це асинхронна схема, яку історично реалізовували на чотирьох тригерах (класичні приклади — фазово-частотні детектори у інтегральному виконанні RCA CD4046 та Motorola MC4344, представлені у 1970-х). Логічна схема визначає, який із двох сигналів перетинає нуль раніше або у якого цей перетин нуля відбувається частіше. Завдяки здатності порівнювати і фазу і частоту може застосовуватись для ФАПЧ забезпечуючи захоплення (lock) навіть тоді, коли частоти ще не збігається.
Використання фазово-частотного детектора у схемі ФАПЧ розширює діапазон надійного захоплення та зменшує час входження в синхронізм порівняно з простішими фазовими детекторами, такими як помножувачі або XOR-елементи. Прості фазові детектори добре працюють, коли фази двох входів уже близькі до синхронізму або перебувають у синхронізмі, але погано працюють, коли частоти сигналів сильно відрізняються. За великої різниці частот знак підсилення кола зворотнього зв'язку може змінитися й почати відводити генератор керований напругою від синхронізму. Перевага ФЧД у тому, що він формує правильний вихідний сигнал навіть тоді, коли порівнювані сигнали відрізняються не лише фазою, а й частотою.
Поширений bang-bang фазово-частотний детектор із зарядовим насосом (англ. charge pump) подає додатні або від'ємні імпульси струму (залежно від різниці фаз сигналів) з фіксованим сумарним зарядом на конденсатор, який працює як інтегратор. Такий фазовий детектор завжди має «мертву зону», у якій фази входів настільки близькі, що детектор або вмикає обидва насоси, або не вмикає жодного так, що сумарний струм дорівнює нулю. Bang-bang фазові детектори прості, але для них характерний помітний джитер через дрейф у межах мертвої зони. У 1976 році було показано, що використання конфігурації фазово-частотного детектора із трьома станами (лише на двох тригерах) замість історично перших конфігурацій на чотирьох тригерах дозволяє елегантно усунути цю проблему.
Пропорційний фазовий детектор використовує зарядовий насос, який подає кількість заряду пропорційно виявленій фазовій похибці. Деякі з них мають мертву зону, а деякі — ні. Зокрема, деякі реалізації формують імпульси обох знаків навіть тоді, коли різниця фаз дорівнює нулю. Однак ці імпульси дуже малі й номінально однакової тривалості, тому інтегратор отримує нульновий сумарний приріст заряду. Фазові детектори з таким керуванням не мають мертвої зони й зазвичай забезпечують менший джитер у схемах ФАПЧ.
На практиці часто корисно знати, коли петля ФАПЧ вийшла з синхронізму, тому сучасні цифрові фазово-частотні детектори зазвичай мають вихід, що дозволяє надійно індикувати стан «поза синхронізмом» (out-of-lock).
Примітки
Посилання Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники (в 2-х томах) = The Art of Electronics. — М.: Мир, 1980. — Т. 2. — 590 с.