Цифровой частотный детектор

Частотный детектор обычно строится на основе фазового детектора. Для этого необходимо преобразовать изменение частоты входного сигнала в изменение его фазы. В цифровых детекторах это преобразование может быть осуществлено обычной задержкой входного сигнала. В качестве элемента задержки можно воспользоваться обыкновенным инвертором. Принципиальная схема частотного детектора, реализованного в соответствии с этим принципом, приведена на рисунке 12.10.

Рисунок 12.10 – Принципиальная схема частотного детектора,

построенного на логических элементах

Для того чтобы понять, как работает эта схема рассмотрим временные диаграммы сигналов на входах и выходе логического элемента "исключающее ИЛИ", приведённые на рисунке 12.11.

Рисунок 12.11 – Временные диаграммы сигналов на входах и выходе логического элемента "исключающее ИЛИ"

По приведённым временным диаграммам видно, что длительность импульсов на выходе логического элемента "исключающее ИЛИ" зависит от задержки использованного инвертора. При этом их период зависит от частоты входного колебания. Это означает, что скважность импульсов, а, следовательно, и напряжение на выходе интегрирующей RC цепочки определяется частотой входного колебания.

Частотная зависимость напряжения на выходе исследуемой схемы цифрового детектора приведена на рисунке 12.12.

Рисунок 12.12 – Частотная зависимость напряжения на выходе схемы цифрового частотного детектора

По приведённой на рисунке 12.12 частотной зависимости видно, что цифровой частотный детектор обладает прекрасной линейностью. Линейность зависит в основном от длительности фронтов импульсов.

Так как время задержки одиночного инвертора составляет единицы или десятки наносекунд, то рабочая полоса частотного детектора составляет сотни или десятки мегагерц соответственно. При этом крутизна его частотной характеристики получается недостаточной для большинства практических применений. Например, не позволяет использовать данный детектор для демодуляции частотно-модулированных сигналов.

Увеличить крутизну частотной характеристики частотного детектора можно, увеличив время задержки сигналов на входе умножителя, собранного на основе логического элемента "исключающее ИЛИ". Так как в одном корпусе микросхемы обычно находится несколько инверторов, то можно увеличить количество инверторов, использующихся в качестве элементов задержки, практически не увеличивая занимаемой площади печатной платы. Подобная схема частотного детектора приведена на рисунке 12.13.

Рисунок 12.13 – Принципиальная схема частотного детектора,

построенного на трёх инверторах

Частотная зависимость этого детектора приведена на рисунке 12.14. Преобразование частоты в напряжение на выходе схемы можно производить на трёх участках этой зависимости.

Рисунок 12.14 – Частотная зависимость напряжения на выходе схемы цифрового частотного детектора

Крутизна частотной характеристики увеличилась втрое. Во столько же раз уменьшился частотный диапазон одного участка. Можно сделать вывод, что крутизна частотной зависимости частотного детектора зависит от величины задержки на входе умножителя, собранного на логическом элементе "исключающее ИЛИ". При этом, чем больше крутизна этой зависимости, тем в меньшем диапазоне частот работает цифровой частотный детектор.