Vaihevertailija

Vaihevertailija on tärkeä väline osana vaihelukittua silmukkaa.

Nykyisin nämä ovat yleensä osana mikropiirejä, joissa on myös ainakin refrenssilaskurit ja joskus myös VCO.

Yksinkertaiset vaihevertailijat

Yksinkertaisia tapoja tehdä vaihevertailija ovat esimerkiksi:

• Balansoitu sekoitin
• XOR logiikkapiiri + alipäästösuodin

Näiden haittana on mahdollisuus lukkiutua "väärään" kohtaan, koska näillä on jaksollisuus jossa sama lukkiutumiskriteeri löytyy 360° vaihe-eron välein - joka tarkoittaa kaksinkertaista taajuutta.

Tämä ei siis riitä vaihelukkoon, jonka VCO:n generoima taajuusalue on yli oktaavin, tai edes lähellä sitä.

Balansoitu Sekoitin vaihevertailijana

Balansoidun sekoittimen käyttö vaihevertailijana tuottaa vaihevirheen suuruudesta riippuvan kosini-aallon muotoisen käyrän.

Tavallisesti tätä käytetään siten, että lukkona on +90° kohta jossa käyrä laskee nollan alle. Vaikka kohdassa -90° on myös nollatransitio, reuna kulkee toiseen suuntaan eikä sen antama takaisinkytkentä ole stabiili, jolloin lukkiutuminen ei tapahdu siinä.

Komponenttivalmistajat tekevät balansoiduista diodirengas-sekoittimista erityisversioita jotka on optimoitu vaihevertailijoiksi.

XOR logiikka vaihevertailijana

Logiikkapiireilläkin voi tehdä vaihevertailun. XOR (Exclusive OR eli "ykkönen jos vain toinen on ykkönen") antaa nollaa silloin, kun molemmat signaalit ovat ykkösiä tai nollia ja ykköstä silloin, jos ne eroavat.

Kun tällaisen lähtösignaali alipäästetään, saadaan VCO:ta ohjaamaan sopivaa signaalia.

Tämän vertailijan toiminnalle on oleellista, että sekä refrenssi että VCO:n signaali ovat tarkasti 50%/50% pulssisuhteisia! (Tämän saa aikaan ajamalla molemmat signaalit kertaalleen D-kiikulla tehdyn kahdella jakajan läpi.)

Tällä tavallisesti rakennetaan systeemi lukkiutumaan +90° tai -90° vaiheisiin.

Vaihe-taajuusvertailijat

Vaihe-taajuusvertailijat ovat mutkikkaampia logiikkarakenteita jotka eivät anna yksinkertaisempien vertailijoiden 360° vaihe-eron aiheuttaa hämminkiä, vaan ne on eliminoitu toiminta-alueelta siten, että taajuudet alle toiminta-alueen antavat alinta mahdollista lähtöjännitettä ja taajuudet ylle antavat korkeinta mahdollista. Toiminta-alueella jännite nousee monotonisesti alimmasta jännitteestä ylimpään.

Näitä ei kannata yrittääkään tehdä itse hajalogiikasta, vaan käyttää valmiita IC piirejä.

• MC4044/MC4344: Klassikko TTL piiri, toinen vertailija toistuvalla lukkiuma-alueella ±180°, toinen tekee myös taajuusvertailun.
• MC14046: edellisen CMOS versio 1-8 MHz VCO:n kanssa - alle 10 MHz
• MC12040: ECL vaihevertailija, max 600 MHz, lukkiuma-alue: ±360° (taajuusvertailu ?)
• HMC403S8G: Hittite digital phase-frequency detector; DC-1.3 GHz, lukkiuma-alue: ±180° (taajuusvertailu ?)

Rakenteesta riippuen paras lukkiumakohta on joko 90° tai 0°. Klassisilla MC4044/MC14046 vertailijoilla nollakohdassa esiintyy ns. dead zone jossa lukkiumaa ei valvota ja siitä seuraa huonontuva kontrolli VCO:lle.

ECL-vertailijoissa toiminto on tavallisesti ainakin nopeampaa, jolloin dead zone on pienempi ja pienten taajuuksien vertailua tehdessä vaihekohinasta tulee myös erittäin pientä.