يمكن استخدام كاشف الطور الحساس في عدد من الدوائر، وفي أي مكان يكون من الضروري فيه اكتشاف المرحلة بين إشارتين، وواحدة من المجالات الرئيسية التي تستخدم فيها كاشفات الطور هي داخل حلقات الطور المغلقة كما يتيح كاشف الطور اكتشاف اختلافات الطور وإنتاج جهد “الخطأ” الناتج.
أنواع كاشفات الطور:
يمكن استخدام الكاشفات الحساسة للطور وتردد الطور بطرق مختلفة ولذلك يتم وصفها بشكل منفصل.
- المرحلة فقط من أجهزة الكشف الحساسة.
- كاشفات الطور أو التردد.
المرحلة فقط من أجهزة الكشف الحساسة:
كاشفات الطور التي تكون حساسة فقط للطور هي الشكل الأكثر مباشرة لكاشف الطور، ونظراً لأنّ الاسم يشير إلى أنّ ناتجها يعتمد فقط على فرق الطور بين الإشارتين، وعندما يكون فرق الطور بين الإشارتين الواردتين ثابتاً، فإنّهما ينتجان جهداً ثابتاً، وعندما يكون هناك اختلاف في التردد بين الإشارتين، فإنّهما ينتجان جهداً متغيراً عند تردد مساوٍ لفرق التردد، ومنتج تردد الفرق هو المنتج المستخدم لإعطاء فرق الطور.
ومع ذلك فمن الممكن تماماً أن تقع إشارة تردد الاختلاف خارج نطاق تمرير مرشح الحلقة، ومن ثم الحلقة المغلقة بالطور الكلي، حيث إذا حدث هذا فلن يمر أي خطأ في الجهد عبر مرشح حلقة “PLL“، وبعد ذلك إلى مذبذب التحكم في الجهد “VCO” لإغلاقه، وهذا يعني أنّه لا يوجد سوى نطاق محدود يمكن من خلاله إحكام قفل الحلقة المغلقة، وهذا النطاق يسمى نطاق الالتقاط، وبمجرد قفل الحلقة يمكن عموماً سحبها عبر نطاق تردد أوسع بكثير.
بصرف النظر عن استعمال كاشف تردد الطور، هناك عدة طرق يمكن من خلالها التغلب على هذه المشكلة، كما يجب توجيه المذبذب بالقرب من تردد المذبذب المرجعي، ويمكن تحقيق ذلك بعدة طرق، وهي تقليل نطاق ضبط المذبذب بحيث يقع منتج الاختلاف دائماً ضمن نطاق تمرير مرشح الحلقة.
وفي حالات أخرى يمكن دمج جهد توليف آخر مع التغذية المرتدة من الحلقة للتأكد من أنّ المذبذب في المنطقة الصحيحة، وغالباً ما يتم اعتماد هذا النهج في أنظمة المعالجات الدقيقة، حيث يمكن حساب الجهد الصحيح لأي ظرف معين.
- “PLL” هي اختصار لـ “Phase Locked Loop”.
- “VCO” هي اختصار لـ “voltage-controlled oscillator”.
أشكال كاشفات الطور الحساسة:
أولاً: كاشف طور الخلاط المتوازن المزدوج:
الخلاط المزدوج المتوازن أو الخلاط الدائري الثنائي: هو أحد أنواع كاشف الطور، والخلاط الثنائي المتوازن لكاشف الطور الدائري المزدوج، وهو نوع بسيط وفعال من كاشف الطور الذي يمكن العمل به باستعمال وحدة حلقة الصمام الثنائي القياسية.
كما أنّ الجهد عند منفذ “IF” لخلاط حلقة الصمام الثنائي يتنوع نظراً لاختلاف جيب التمام للطور بين المدخلات في مدخلات “RF” و”LO” إلى حلقة الصمام الثنائي، وهذا يعني أنّه يتم الحصول على قراءات فارغة أو “0V” لفرق طور من الدرجة الصفرية، ولكن أيضاً عند المضاعفات الفردية لـ “π / 2″، كما توجد الفولتية القصوى والدنيا في النقاط التي يكون فيها فرق الطور من مضاعفات “π”.
- “IF” هي اختصار لـ “Intermediate Frequency”.
- “RF” هي اختصار لـ “Radio Frequency”.
ثانياً: كاشف الطور XOR:
يمكن أن توفر الدائرة الحصرية لكاشف الطور أو “XOR” كاشف طور مفيد للغاية لبعض البرامج، وهي تتألف من دائرة “OR” منطقية حصرية، ونظراً لكونه رقمياً في التنسيق فإنّه غالباً ما يتناسب مع حلقة مغلقة طورية بسهولة، حيث أنّ العديد من الدوائر المرتبطة بالحلقة المقفلة الطور قد تكون بالفعل بتنسيق رقمي.
وبدلاً من ذلك يمكن إجراء “OR” الحصري من مكونات متنوعة لإعطاء مجموعة مختلفة من المراحل والخيارات الأخرى، كما يمكن ملاحظة أنّه باستعمال هذه الأشكال الموجية يمكن استعمال البوابة المنطقية “XOR” ككاشف طور بسيط ولكنّه فعال.
عيوب استخدام كاشف طور XOR:
- كاشف الطور حساس لدورة عمل الساعة، وهذا يعني أنّه يجب استخدام دورة عمل ثابتة أي “1:1″، كما سيتم قفله بخطأ في الطور إذا لم تكن دورات عمل الإدخال “50%”.
- تُظهر خاصية الإنتاج لكاشف طور “XOR” التكرارات وتغييرات الكسب، وهذا يعني أنّه في حالة وجود اختلاف في التردد بين مرجع الإدخال وإشارات التغذية المرتدة “PLL”، كما يمكن لكاشف الطور القفز بين المناطق ذات الكسب المختلف.
خصائص كاشف الطور:
- نقطة القفل الاسمية مع كاشف الطور “XOR” هي أيض عند نقطة تحول الطور الثابت بزاوية “90 درجة”.
- على عكس كاشف طور الخلاط التماثلي، فإنّ إصدار “XOR” مستقل عن سعة الإدخال وثابت على مدى طور.
كاشفات الطور أو التردد:
يُقال إنّ نوعاً آخر من أنواع الكاشف حساس لتردد الطور، حيث تتمتع هذه الدوائر بميزة أنّه بينما يكون فرق الطور بين “± 180 درجة”، يتم إعطاء جهد متناسب مع فرق الطور، وحدود الدائرة عند أحد طرفيها، وبهذه الطريقة لا يتم إنتاج أي مكون من مكونات التيار المتردد عندما تكون الحلقة خارج القفل ويمكن للنواتج من كاشف الطور أن يمر عبر الفلتر لجلب الحلقة المغلقة بالطور “PLL” إلى القفل.
أنواع أجهزة الكشف عن تردد الطور:
أولاً: كاشف تردد طور “JK flip flop” المشغّل بالحافة:
يستخدم هذا النوع من مقارن الطور أو كاشف الطور في بعض التصميمات، وتكمن الفكرة وراء المقارنة القائمة على “JK flip flop” في أنّها دائرة قائمة على التسلسل، ويمكن استخدامها لتقديم إشارتين واحدة للشحن والأخرى لتفريغ مكثف، وفي كثير من الأحيان عند استخدام هذا النوع من كاشف الطور يوصى باستخدام مضخة شحن نشطة.
ثانياً: مقارن الطور من النوع D المزدوج:
يستعمل هذا النوع من كاشف تردد الطور على نطاق كبير في العديد من الدوائر بسبب أدائه وسهولة تصميمه واستعماله، كما يعتمد كاشف الطور على قلابين من النوع D وبوابة “NAND” على الرغم من وجود عدد من المتغيرات المختلفة قليلاً.
تعمل الحلقة لمقارنة الطور المزدوج من النوع “D”، وذلك من معايرة الإشارة المرجعية وإشارات “VCO” التي تدخل مدخلات الساعة، واحدة على كل شكل”D”، كما يتم تغذية ناتج بوابة “NAND” إلى مدخلات إعادة الضبط “R” لكلا النوعين “D”، ويتم أخذ مدخلات بوابة “NAND” من مخرجات “Q” والنواتج إلى مرشح الحلقة المأخوذ من أحد مخرجات “Q”.
كما أنّ التكوينات المختلفة باستخدام نواتج “Q” ومخرجات شريط “Q” وبوابات “AND” ممكنة ة،
ولكن من أجل البساطة يتم عرض الإصدار باستخدام مخرجات “Q” من أنواع “D” واستخدام بوابة “NAND”.
المنطقة الميتة للكشف عن المرحلة:
إحدى المشكلات التي تواجه مصممي أجهزة توليف ضوضاء المرحلة المنخفضة جداً وحلقات
مغلقة الطور، هي ظاهرة يشار إليها باسم المنطقة الميتة لكاشف الطور، كما يحدث هذا عند استخدام
أجهزة الكشف عن الطور الرقمي، كما أنّه عندما تكون الحلقة مغلقة ويكون هناك فرق طور صغير بين الإشارتين
يتم إنشاء نبضات قصيرة جداً بواسطة البوابات المنطقية لكاشف الطور.
نظراً لكونها قصيرة جداً، فقد لا تنتشر هذه النبضات وتضيف شحنة إلى مضخة الشحن أو مرشح الحلقة،
ونتيجةً لذلك يتم تقليل كسب الحلقة وهذا يفرض ارتعاش الحلقة أو ضوضاء الطور، وللتغلب على هذا الحل
الوحيد هو إضافة تأخير في مسار إعادة تعيين كاشف الطور، أي عند ناتج بوابة “NAND” في كاشف النوع “D”
المزدوج قبل إعادة تعيين المحطات الطرفية للأنواع D.
كما يفرض حداً أدنى لطول النبضة، والحل الآخر هو إضافة كمية صغيرة من التسرب عبر مرشح الحلقة
بحيث تضطر مضخة الشحن لتزويد التيار حتى عندما تكون الحلقة في قفل، كما يوجد اختيار جيد لنوع
كاشف الطور الذي يمكن استخدامه داخل حلقة مغلقة الطور، وبالنسبة للعديد من تطبيقات المركب يتم
استخدام متغيرات نهج النوع “D” المزدوج على نطاق واسع، كما هو الحال مع كاشفات طور العينة والانتظار.
