宽量程数字式相位/频率检测器制造技术

锁相环路中的数字式相位／频率检测器电路包括了一逻辑门，它互连一对分别由输入和参考数字信号计测的双稳定态装置以产生其占有空率相应于该两个信号间相位／频率差值的方波．该方波的占空率随着其相位／频率差值的单调变化而在最小和最大值之间重复变化．对此方波进行积分以得到一锯齿波．为加大量程，所提供的电路在逼近锯齿波峰值时给出了一常值电平信号并使其双稳态装置复位以提供多倍于早期量程的量程．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及了用于将两个数字输入信号的相位/频率差进行比较的电路，更具体讲是关于利用电路对检测器最大量程的响应而在锁相环路中增加数字式相位/频率检测器的线性相位调制范围的方法和电路，以期在检测器的输出复位时提供一个附加其上的输出。 用于检测两个数字输入信号之间的相位和频率差值的电路一般是用在信号分析中，而且在数字通信和频率合成时是非常重要的。例如，在数字式锁相环路中，要将一个输入信号加到相位检测器中以与一个参考信号进行比较。作为这两个输入信号瞬时相位/频率差值函数的一个误差信号，要对它进行滤波并用来控制一个电压控制振荡器(VCO)。构成了锁相环路输出的此VCO输出，作为参考信号加到相位检测器上从而使得此VCO的相位/频率“锁住”上述输入信号的相位/频率。在某些应用中，锁相环是用于信号解调的，如由John Wiley& Sons于1979年出版，Gardner，Floyd M.所著的“锁相技术”第二版第9章所讨论的。在其它应用中，锁相环路还可用于信号调制(如上述Gardner所著书中第9章所讲)或频率合成，如Erps等人转让给本专利技术受让人的第4，360，788号美国专利中所描述的。 在任何情况下，一个常规数字式相位/频率检测器均包括一对连在一起的触发器或其它双稳元件，并在反馈电路带有一个逻辑门。这两个触发器的逻辑状态由那两个数字输入信号和反馈门来决定，而前者的频率/相位差是要检测的。随着两个触发器的最初复位，它们的数据端均接至逻辑“1”，而其时钟端则分别接至两个输入数字信号。每一触发器的输出将根据其输入信号的正向跳变而置位为逻辑“1”。这样如加到第一触发器的输入信号具有第一个正向跳变，则此第一触发器就置位于逻辑“1”，之后第二触发器将根据由其输入信号的正向跳变而置位于逻辑“1”。但是当第二触发器置位后，经响应于此两个触发器输出的逻辑门，这两个触发器将即刻复位，而且均维持此复位状态直至某一个触发器或另一个在其输入端检测到一个正向信号跳变。 这样两个触发器的输出即为方波，此方波具有相应于两个输入信号间相位/频率差值的占空率。如果第一信号超前第二信号，则仅有第一触发器出现方波，且其占空率将相应于两个输入信号间相位/频率超前的值。如果第二个输入信号超前，则仅为第二个触发器产生方波，且其占空率将相应于第二输入信号相对第一输入信号相位超前的量值。这两个方波在一差动电路中组合而其结果将积分，以得到0点附近的一个锯齿波，也即在第一输入信号超前时该锯齿波具有一极性，而当第二输入信号超前时具有相反极性。该锯齿波的幅度相应于两个数字输入信号间相位/频率的差值并具有360度的固定周期。随着两个输入信号间相位/频率差值的单调增加，该检测器的输出呈一锯齿链，该链所具有的锯齿波周期数相应于那两个数字输入信号间相位/频率差值的全部周期数。 因此本专利技术的基本目的即是提供一种增加数字式相位/频率检测器检测量程的方法和电路。 其另一目的是提供一种方法和电路，在输入和参考信号间的相位/频率差值为一预定量而重新调整其内部电路时通过使检测器的输出输出一峰值，并在检测器的输出中加上此附加的相位/频率差值，来增加数字式相位/频率检测器的最大平均输出。 对于本领域中的熟练技术人员讲，本专利技术的其它目的和效益可在下述的详细说明中变得显而易见，其中仅对本专利技术的较佳实施方案予以示出和说明，然而确是对设想实现本专利技术最佳方式的说明。可以理解，不出和说明，然而确是对设想实现本专利技术最佳方式的说明。可以理解，不超出本专利技术的情况下可有若干不同的实施方案，而且其某些细节可以有明显的不同或是一些改进。因此下述的说明和附图仅是涉及了性质上的解释而不是作为对本专利技术的限制。 图1的框图是一种常规数字式锁相环路，其中可结合本专利技术的频率/相位检测器使用; 图2是常规数字式相位/频率检测器的电路图，本专利技术即是在它的基础上的一种改进; 图3(1)-3(5)的波形图说明了图2常规数字式相位/频率检测器的工作情况; 图4是图2的常规相位/频率检测器的输出特性; 图5是根据本专利技术的原理经改进的数字式相位/频率检测器所希望的特性; 图6包含了经本专利技术产生的各波形的时序图; 图7是本专利技术的电路图。 所设计的本专利技术是要增加数字式锁相环路的线性相位调制范围，而这种数字式锁相环路则被阐述在Erps等人的4，360，788号美国专利和于1984年7月10日由Cok递交的第629，555号专利申请中，并且这种数字式锁相环路是与华盛顿州艾弗里特John F Luke Mfg联合公司生产的各种频率合成器相组合。 参见图1，一般用10代表的常规锁相环路包括本专利技术所针对的一种相位检测器12，滤波器14及接至正向环路的电压控制振荡器(VCO)16。相位检测器12具有可接收Fi输入信号的一个输入和接收Fr参考信号的第二输入，并根据这两个输入信号间相位和频率中的差值产生一个信号。该检测器信号经滤波器14予以滤波或平滑，然后作为控制输入加到VCO16。VCO16的输出经可编程分频器18作为参考信号Fr反馈回相位检测器12。如上述Erps等人的专利中所详细说明的，要对由VCO16产生的该信号进行控制，以根据分频器18的程序，使其具有输入信号Fi的倍频或分谐波的频率，并根据与检测器12组合的补偿偏置，使其具有相对于输入信号的相位呈某种预定关系的相位。 应该理解，虽然本专利技术的相位检测器的特别重要的应用是在如图1所示的那种锁相环路中，但是在信号处理和信号测量中这种相位检测器还有着不少其它的有效应用。 在对本专利技术进行审评之前，必须对常规相位/频率检测器的相对低的最大平均输出予以充分了解，而这也是本专利技术的改进之处。如图2所示的常规检测器包括一对触发器20，22，为解释起见以D型触发器示出。在一个D型触发器中，加到D端的逻辑电平将随着产生加到时钟端的上升时钟脉冲而传输至Q输出端。各D型触发器20，22还具有一个Q′输出端，它产生Q输出端的逻辑互补，并有一个响应逻辑“0”或“低电平”信号使Q输出端复位至逻辑“0”的复位端R。为便于说明，可以假设触发器20，22均以正向逻辑工作，也即逻辑“1”定义为“高”电压而逻辑“0”定义为“低”电压。 与非门电路24具有两个分别接至触发器20，22Q输出端的输入端，及接至两个触发器复位端R的一个输出端。各触发器20，22的D输入端接至逻辑“1”，两个时钟端则分别接至第一可变(输入)信号V和第二固定(参考)信号R。虽然V，R这两个信号可以是任意的，但输入信号V可对应Fi及输入信号R对应Fr，如图1所示。另外在一般情况下，虽然信号V，R这两者可以为具有可变和不同频率及相位的数字或方波，但也可视信号R为具有固定频率和相位的参考信号。 分别以26，28代表的触发器20，22的Q输出加到选择滤波器30，32，以产生输出信号U，L之后加到加法电路34。加法电路的输出在积分电路36中予以特别的平均或平滑。当检测器电路12用于锁相环路时，如图1的14通过标准锁相环路滤波器来进行输出积分。 作为检测器12的概述，各触发器20，22的Q输出端将响应于其输入时钟的跳变而置位于逻辑“1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测输入信号的参考信号间相位和频率间差别的数字式相位／频率检测器，其特征在于包括：用于接收其输入和参考信号的装置；用于可复位地产生方波的装置，而其方波所具有的占空率相应于所述输入和参考信号间相位和频率的差值，该占空率可随着所 述相位和频率差值的每一周期而予以重复；和可响应一预定占空周期的装置，以提供示其本身特性的输出并使所述产生方波的装置复位。

【技术特征摘要】
US 1985-4-29 727,9801、一种用于检测输入信号和参考信号间相位和频率间差别的数字式相位/频率检测器，其特征在于包括用于接收其输入和参考信号的装置；用于可复位地产生方波的装置，而其方波所具有的占空率相应于所述输入和参考信号间相位和频率的差值，该占空率可随着所述相位和频率差值的每一周期而予以重复；和可响应一预定占空周期的装置，以提供示其本身特性的输出并使所述产生方波的装置复位。2、根据权利要求1的电路，其特征在于包括可将所述方波进行积分以得到其斜率随所述方波的占空率而变的锯齿波的装置;以及在使所述产生方波的装置复位之前可...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文波得科克，罗伯特詹姆斯莱旺道斯基，
申请(专利权)人：约翰弗兰克制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]