آشکارساز فاز و فرکانس در الکترونیک

آشکارساز فاز و فرکانس:
آشکارسازهای فاز و فرکانس (Phase Frequency Detectors)، یک نوع دیگر از آشکارسازهای فاز محسوب می شوند.

این نوع از آشکارسازهای فاز دارای این مزیت هستند که اگر اختلاف فاز بین 180- درجه تا 180+ باشد، آن گاه یک ولتاژ متناسب با اختلاف فاز ایجاد می کند.

برای مقادیر اختلاف فاز خارج از این بازه، مدار در یکی از نقاط حداکثر خود محدود می شود. با این روش، هنگامی که حلقه خارج از قفل باشد، هیچ مولفه AC تولید نمی شود و خروجی مدار آشکارساز فاز می تواند به یک فیلتر داده شود تا مجددا مدار حلقه قفل فاز را به حالت قفل باز گرداند.

مدارت آشکارساز فاز نوع فاز و فرکانس نیز انواع مختلفی دارند که در این بخش به آن ها می پردازیم.

آشکارساز فاز و فرکانس با فلیپ فلاپ JK حساس به لبه:
در برخی کاربردها از آشکارساز فاز و فرکانس با فلیپ فلاپ JK حساس به لبه (Edge Triggered JK Flip Flop Phase Frequency Detector) استفاده می شود. در تصویر زیر نماد مداری یک فلیپ فلاپ JK را مشاهده می کنید.

ایده اساسی در پس مقایسه گر فاز یا آشکارساز فاز مبتنی بر فلیپ فلاپ JK این است که مدار در واقع یک مدار ترتیبی است و به همین دلیل می تواند برای ایجاد دو سیگنال مورد استفاده قرار بگیرد، یکی از این سیگنال ها برای شارژ شدن و دیگری برای دشارژ شدن یک خازن است.

معمولا هنگام استفاده از این نوع از آشکارسازهای فاز، توصیه می شود تا از یک پمپ شارژ اکتیو استفاده شود. در جدول زیر می توان جدول درستی یک فلیپ فلاپ JK را مشاهده کرد.

همچنین شکل موج سیگنال های ورودی و خروجی یک فلیپ فلاپ نوع JK در تصویر زیر نشان داده شده است.

می توان شکل موج ها را تفسیر کرد و پاسخ کلی را به صورت زیر به دست آورد.

آشکارساز فاز و فرکانس نوع D دوگانه:
این نوع از آشکارسازهای فاز و فرکانس به دلیل ساختار ساده و عملکرد مناسب، به صورت گسترده در بسیاری از مدارات مورد استفاده قرار می گیرند.

آشکارساز فاز مبتنی بر دو فلیپ فلاپ نوع D و یک گیت NAND پیاده سازی می شود. البته انواع دیگری نیز وجود دارند که اندکی متفاوت هستند.

مدار آشکارساز فاز فلیپ فلاپ D دوگانه، به این صورت عمل می کند که با ورود پالس کلاک، سیگنال های مرجع و VCO را با یکدیگر مقایسه می کند.

به هر یک از فلیپ فلاپ های نوع D، یکی از سیگنال های مرجع یا VCO داده می شود. در تصویر زیر نمایی از یک مدار آشکارساز فاز و فرکانس نوع D دوگانه را می توان مشاهده کرد.

خروجی گیت NAND، به ورودی ریست (R) هر کدام از فلیپ فلاپ های D داده می شود. همچنین ورودی گیت NAND از خروجی های Q فلیپ فلاپ ها گرفته می شود. خروجی برای فیلتر حلقه از یکی از خروجی های Q فلیپ فلاپ ها دریافت می شود.

واضح است که با استفاده از خروجی های Q، خروجی های¯¯¯¯Qو گیت های AND می توان آرایش های مختلفی را به دست آورد، اما برای سادگی، از مدار فوق استفاده شده است.