مدار اندازه گیری اختلاف فاز به کمک حلقه هم فاز کننده

اندازه گیری اختلاف فاز بین دو سیگنال هم فرکانس به روش های گوناگونی انجام می گیرد. روش جدیدی که در بخش اتخاذ شده است، روش تبدیل فرکانس به کمک حلقه هم فاز کننده IC CD4046 می باشد. نمودار بلوکی این روش در شکل 1 نشان داده شده است. شکل 2 نقشه شماتیک دستگاه را نشان می دهد. آشکارساز عبور صفر (XZERO CROSSING DETECTOR) ورودی را به پالس های مربعی تبدیل می کند. خروجی آشکارسازهای عبور صفر به آشکارساز فاز X-OR اعمال می شود. همچنان که در شکل 3 نشان داده شده است، ولتاژ خروجی دروازه X-OR دارای یک مؤلفه DC متناسب با اختلاف فاز بین سیگنال های ورودی است.

شکل 1 نمودار بلوکی مدار

با توجه به شکل 3 مشاهده می شود که خروجی DC زمانی حداکثر می شود که اختلاف فاز، Π رادیان یا 180 درجه باشد. شیب منحنی بین 0 تا Π رادیان، بهره تبدیل (KP) مقایسه کننده فاز می باشد. برای مثال، اگر X-OR دارای ولتاژ تغذیه (VCC) برابر 15V باشد، بهره تبدیل برابر عبارت زیر خواهد شد.

خروجی آشکارساز فاز به یک فیلتر پایین گذار اعمال می شود تا مؤلفه های فرکانس بالای آن حذف گردد. فیلتر پایین گذر پهنای باند و مشخصه های پاسخ گذاری طرح را کنترل می کند. فرکانس نوسان VCO (نوسان ساز کنترل شده با ولتاژ) به وسیله VR1 و C3 تعیین می شود. حداکثر فرکانس قابل تنظیم آن 180KHz می باشد که متناظر با °180 اختلاف فاز است.

شکل 2 نقشه شماتیک مدار اندازه گیری اختلاف فاز به کمک حلقه هم فاز کننده

هنگامی که اختلاف فاز بین دو سیگنال ورودی °90 است، خروجی مقایسه کننده فاز VCC/2 می شود و در نتیجه فرکانس نوسان VCO برابر 90KHz خواهد شد. بنابراین فرکانس خروجی به طور مستقیم متناسب با اختلاف فاز ورودی می باشد. مدار براساس تراشه CMOS حلقه هم فاز کننده (PLL) به شماره CD4046 کار می کند. مدار می تواند اختلاف فاز سیگنال های ورودی با فرکانس 20Hzتا 20KHz را اندازه گیری نماید. برای هر فرکانسی، پیش از اندازه گیری اختلاف فاز بهتر است دستگاه کالیبره (تنظیم) شود. کالیبراسیون یا تنظیم دستگاه به آسانی به کمک یک تقویت کننده معکوس کننده و مقاومت متغیر VR1 انجام می گیرد.

پیش از انجام اندازه گیری، به ورودی های A و B از شکل 1، به ترتیب یکی از سیگنال ها و معکوس شده آن – آمده از تقویت کننده معکوس کننده – اعمال می شود. در این حالت اختلاف فاز دو ورودی مقدار دقیق °180 خواهد بود. بنابراین باید VR1 را به گونه ای تنظیم نمود که در خروجی VCO فرکانس 180KHz ظاهر شود. خروجی VCO به یک فرکانس متر داده می شود که فرکانس خوانده شده برحسب KHz دقیقا معادل اختلاف فاز خواهد بود (یعنی °1= 1KHz).

در این جا یک روش ساده تبدیل اختلاف فاز به فرکانس توضیح داده شد. البته اندازه گیری فرکانس با این روش به هارمونیک سیگنال های ورودی و چرخه کار (duty cycle) آنها حساسیت دارد. مدار می تواند اختلاف فازهای °0 تا °180 را به خوبی نشان دهد.

شکل 3 نمایی از موج مربعی خروجی مدار