Phase Locked Loop, PLL Tutorial / Primer Bevat:
Phase locked loop, PLL basics Fasedetector PLL spanningsgestuurde oscillator, VCO PLL loop filter
De phase locked loop of PLL is een bijzonder nuttig circuitblok dat veel wordt gebruikt in radiofrequente of draadloze toepassingen.
De fasevergrendelde lus of PLL is vanwege zijn nut te vinden in veel draadloze, radio- en algemene elektronische artikelen, van mobiele telefoons tot omroepradio’s, televisies tot Wi-Fi-routers, walkie talkie-radio’s tot professionele communicatiesystemen en nog veel meer.
Phase locked loop, PLL toepassingen
De phase locked loop neemt een signaal op waarnaar hij vergrendelt en kan dit signaal vervolgens uitzenden via zijn eigen interne VCO. Op het eerste gezicht lijkt dit niet bijzonder nuttig, maar met een beetje vindingrijkheid is het mogelijk een groot aantal phase locked loop toepassingen te ontwikkelen.
Een aantal phase lock loop toepassingen zijn:
- FM demodulatie: Een belangrijke toepassing van de fase-locked loop is die van een FM-demodulator. Nu PLL-chips relatief goedkoop zijn, kan met deze PLL-toepassingen audio van hoge kwaliteit uit een FM-signaal worden gedemoduleerd.
- AM-demodulatie: Phase locked loops kunnen worden gebruikt bij de synchrone demodulatie van amplitude gemoduleerde signalen. Bij deze aanpak wordt de PLL vergrendeld op de draaggolf, zodat in de ontvanger een referentie kan worden gegenereerd. Aangezien deze precies overeenkomt met de frequentie van de draaggolf, kan hij worden gemengd met het inkomende signaal om de AM synchroon te demoduleren.
- Indirecte frequentiesynthesizers: Gebruik binnen een frequentiesynthesizer is een van de belangrijkste phase locked loop toepassingen. Hoewel directe digitale synthese ook wordt gebruikt, vormt indirecte frequentiesynthese een van de belangrijkste phase locked loop-toepassingen.
- Signaalterugwinning: Doordat de fase-gesloten lus zich kan vergrendelen op een signaal, kan hij een schoon signaal leveren en de signaalfrequentie onthouden als er een korte onderbreking is. Deze toepassing van de fase-gesloten lus wordt gebruikt op een aantal gebieden waar signalen gedurende korte perioden kunnen worden onderbroken, bijvoorbeeld bij het gebruik van gepulseerde transmissies.
- Timing-distributie: Een andere toepassing van de fase-locked loop is de distributie van nauwkeurig getimede klokpulsen in digitale logische circuits en systemen, bijvoorbeeld binnen een microprocessorsysteem.
Basisbegrippen van de fase-locked loop – fase
De sleutel tot de werking van een fase-locked loop, PLL, is het faseverschil tussen twee signalen, en de mogelijkheid om dit te detecteren. De informatie over de fasefout of het faseverschil tussen de twee signalen wordt vervolgens gebruikt om de frequentie van de lus te regelen.
Om meer te begrijpen van het concept fase en faseverschil, is het mogelijk twee golfvormen te visualiseren, normaal gezien als sinusgolven, zoals ze op een oscilloscoop zouden kunnen verschijnen. Als de trigger voor beide signalen op hetzelfde moment wordt afgevuurd, verschijnen ze op verschillende punten op het scherm.
De lineaire plot kan ook worden voorgesteld in de vorm van een cirkel. Het begin van de cyclus kan worden voorgesteld als een bepaald punt op de cirkel en naarmate de tijd verstrijkt, beweegt het punt op de golfvorm zich rond de cirkel. Een volledige cyclus komt dus overeen met 360° of 2π radialen. De momentane positie op de cirkel vertegenwoordigt de fase op dat moment ten opzichte van het begin van de cyclus.
Het begrip faseverschil gaat nog een stapje verder. Hoewel de twee signalen die we eerder hebben bekeken dezelfde frequentie hebben, komen de pieken en dalen niet op dezelfde plaats voor.
Er wordt gezegd dat er een faseverschil is tussen de twee signalen. Dit faseverschil wordt gemeten als de hoek tussen beide. Men kan zien dat het de hoek is tussen hetzelfde punt op de twee golfvormen. In dit geval is een nuldoorgangspunt genomen, maar elk punt is voldoende, mits het op beide hetzelfde is.
Dit faseverschil kan ook worden weergegeven op een cirkel, omdat de twee golfvormen zich als gevolg van hun faseverschil op verschillende punten in de cyclus zullen bevinden. Het faseverschil wordt gemeten als een hoek: het is de hoek tussen de twee lijnen van het middelpunt van de cirkel naar het punt waar de golfvorm wordt weergegeven.
Wanneer twee signalen verschillende frequenties hebben, blijkt dat het faseverschil tussen de twee signalen steeds varieert. De reden hiervoor is dat de tijd voor elke cyclus verschillend is en zij zich dus met verschillende snelheden rond de cirkel bewegen.
Hieruit kan worden afgeleid dat de definitie van twee signalen met precies dezelfde frequentie is dat het faseverschil tussen beide constant is. Er kan een faseverschil zijn tussen de twee signalen. Dit betekent alleen dat zij niet op hetzelfde moment hetzelfde punt op de golfvorm bereiken. Als het faseverschil vast is, betekent dit dat het ene signaal evenveel achterloopt op het andere of juist evenveel voorloopt op het andere signaal, d.w.z. dat ze op dezelfde frequentie zitten.
beginselen van een fase-locked loop
Een fase-locked loop, PLL, is in feite een soort servolus. Hoewel een PLL zijn acties uitvoert op een radiofrequentiesignaal, zijn alle basiscriteria voor lusstabiliteit en andere parameters dezelfde. Dezelfde theorie kan dus worden toegepast op een fase-locked loop als wordt toegepast op servolussen.
Een basis fase-gesloten lus, PLL, bestaat uit drie basiselementen:
- Fasevergelijker/detector: Zoals de naam al aangeeft, vergelijkt dit circuitblok binnen de PLL de fase van twee signalen en genereert het een spanning overeenkomstig het faseverschil tussen de twee signalen. Deze schakeling kan verschillende vormen aannemen. . . . . Lees meer over de fasedetector .
- Spanningsgestuurde oscillator, VCO: De spanningsgestuurde oscillator is het circuitblok dat het radiofrequentiesignaal genereert dat gewoonlijk als de uitgang van de lus wordt beschouwd. De frequentie kan worden geregeld over de operationele frequentieband die nodig is voor de lus. . . . . Lees meer over de spanningsgestuurde oscillator, VCO.
- Lusfilter: Dit filter wordt gebruikt om de uitgang van de fasevergelijker in de fasevergrendelde lus, PLL, te filteren. Het wordt gebruikt om alle componenten van de signalen waarvan de fase wordt vergeleken uit de VCO-lijn te verwijderen, d.w.z. de referentie- en VCO-ingang. Het bepaalt ook veel van de karakteristieken van de lus, waaronder de lusstabiliteit, de snelheid van vergrendeling, enz. . . Lees meer over het PLL loop filter.
Phase locked loop werking
Het basisconcept van de werking van de PLL is betrekkelijk eenvoudig, hoewel de wiskundige analyse en veel elementen van de werking behoorlijk gecompliceerd zijn
Het schema voor een basis phase locked loop toont de drie belangrijkste elementen van de PLL: fasedetector, spanningsgestuurde oscillator en het lusfilter.
In de basis PLL worden het referentiesignaal en het signaal van de spanningsgestuurde oscillator aangesloten op de twee ingangen van de fasedetector. De uitgang van de fasedetector wordt aan het lusfilter doorgegeven en vervolgens wordt het gefilterde signaal aan de spanningsgestuurde oscillator toegevoerd.
De spanningsgestuurde oscillator, VCO, binnen de PLL produceert een signaal dat de fasedetector binnenkomt. Hier worden de fase van de signalen van de VCO en het inkomende referentiesignaal vergeleken en wordt een resulterend verschil of foutspanning geproduceerd. Dit komt overeen met het faseverschil tussen de twee signalen.
Het foutsignaal van de fasedetector gaat door een laagdoorlaatfilter dat veel van de eigenschappen van de lus regelt en hoogfrequente elementen op het signaal verwijdert. Eenmaal door het filter wordt het foutsignaal toegepast op de stuurklem van de VCO als zijn afstemspanning. Elke verandering in deze spanning heeft tot gevolg dat wordt getracht het faseverschil en dus de frequentie tussen de twee signalen te verminderen. Aanvankelijk zal de lus uit lock zijn, en de foutspanning zal de frequentie van de VCO in de richting van die van de referentie trekken, totdat de fout niet verder kan worden verminderd en de lus is gelocked.
Wanneer de PLL, phase locked loop, in lock is, wordt een steady state foutspanning geproduceerd. Door gebruik te maken van een versterker tussen de fasedetector en de VCO kan de werkelijke fout tussen de signalen tot een zeer klein niveau worden teruggebracht. Er moet echter altijd een zekere spanning aanwezig zijn op de stuurterminal van de VCO, omdat deze de juiste frequentie oplegt.
Het feit dat er een constante foutspanning aanwezig is, betekent dat het faseverschil tussen het referentiesignaal en de VCO niet verandert. Omdat de fase tussen deze twee signalen niet verandert, betekent dit dat de twee signalen op precies dezelfde frequentie zitten.
De fase-gelockte lus, PLL is een zeer nuttige bouwsteen, vooral voor radiofrequente toepassingen. De PLL vormt de basis van een aantal RF-systemen, waaronder de indirecte frequentiesynthesizer, een vorm van FM-demodulator en hij maakt het mogelijk om een stabiele continue draaggolf terug te winnen uit een pulsgolfvorm. Op deze wijze is de fase-locked loop, PLL een essentieel RF-bouwgereedschap.
Meer essentiële radio-onderwerpen:
Radiosignalen Modulatiesoorten & technieken Amplitudemodulatie Frequentiemodulatie OFDM RF-mixen Fase-gelockte lussen Frequentiesynthesizers Passieve intermodulatie RFverzwakkers RF-filters RF-circulator Radio-ontvangertypes Superhet-radio Ontvangerselectiviteit Ontvangersgevoeligheid Ontvangers sterke signalen Ontvangers dynamisch bereik
Terug naar menu Radio-onderwerpen . . .