Pętla z blokadą fazy, PLL Tutorial / Primer Obejmuje:
Pętla z blokadą fazy, podstawy PLL Detektor fazy PLL oscylator sterowany napięciem, VCO PLL filtr pętli
Pętla z blokadą fazy lub PLL jest szczególnie użytecznym blokiem obwodu, który jest szeroko stosowany w aplikacjach częstotliwości radiowych lub bezprzewodowych.
W związku z jego użytecznością, pętla PLL znajduje się w wielu urządzeniach bezprzewodowych, radiowych i elektronicznych, od telefonów komórkowych po radia, telewizory po routery Wi-Fi, krótkofalówki po profesjonalne systemy komunikacyjne i wiele innych.
Pętla z blokadą fazy, zastosowania PLL
Pętla z blokadą fazy przyjmuje sygnał, do którego się blokuje, a następnie może wyprowadzić ten sygnał z własnego wewnętrznego VCO. Na pierwszy rzut oka może to nie wydawać się szczególnie użyteczne, ale przy odrobinie pomysłowości, możliwe jest opracowanie dużej liczby zastosowań pętli z blokadą fazy.
Niektóre zastosowania pętli z blokadą fazy obejmują:
- Demodulację FM: Jednym z głównych zastosowań pętli z blokadą fazy jest demodulator FM. Z PLL chipy teraz stosunkowo tanie, to aplikacje PLL umożliwia wysokiej jakości audio być demodulowane z sygnału FM.
- Demodulacja AM: Pętle blokowane fazą mogą być używane w synchronicznej demodulacji sygnałów modulowanych amplitudą. Korzystanie z tego podejścia, PLL blokuje się na przewoźnika tak, że odniesienie w odbiorniku mogą być generowane. Jak to odpowiada dokładnie do częstotliwości nośnej, to może być mieszanie z sygnału przychodzącego do synchronicznego demodulacji AM.
- Pośrednie syntezatory częstotliwości: Zastosowanie w ramach syntezatora częstotliwości jest jednym z najważniejszych zastosowań pętli z blokadą fazy. Chociaż bezpośrednia synteza cyfrowa jest również używany, pośredni synteza częstotliwości tworzy jeden z głównych zastosowań pętli zamkniętej fazy.
- Odzyskiwanie sygnału: Fakt, że pętla z blokadą fazy jest w stanie zablokować się do sygnału, umożliwia mu dostarczenie czystego sygnału i zapamiętanie częstotliwości sygnału, jeśli wystąpi krótka przerwa. Ta aplikacja pętli blokady fazy jest używany w wielu obszarach, gdzie sygnały mogą być przerwane na krótkie okresy czasu, na przykład podczas korzystania z transmisji impulsowych.
- Rozdzielanie czasu: Innym zastosowaniem pętli z blokadą fazy jest dystrybucja precyzyjnie taktowanych impulsów zegarowych w cyfrowych obwodach logicznych i systemie, na przykład w systemie mikroprocesorowym.
Pętla z blokadą fazy podstawowe pojęcia – faza
Kluczem do działania pętli z blokadą fazy, PLL, jest różnica faz między dwoma sygnałami i możliwość jej wykrycia. Informacja o błędzie w fazie lub różnicy faz między dwoma sygnałami jest następnie wykorzystywana do sterowania częstotliwością pętli.
Aby lepiej zrozumieć pojęcie fazy i różnicy faz, można wyobrazić sobie dwa przebiegi, zwykle postrzegane jako sinusoidy, tak jak mogą się one pojawić na oscyloskopie. Jeśli wyzwalacz zostanie uruchomiony w tym samym czasie dla obu sygnałów, pojawią się one w różnych punktach na ekranie.
Liniowy wykres może być również przedstawiony w postaci okręgu. Początek cyklu może być reprezentowany jako konkretny punkt na okręgu i w miarę upływu czasu punkt na przebiegu porusza się po okręgu. W ten sposób pełny cykl odpowiada 360° lub 2π radianów. Chwilowa pozycja na okręgu reprezentuje fazę w danym momencie w stosunku do początku cyklu.
Koncepcja różnicy faz przenosi tę koncepcję nieco dalej. Chociaż dwa sygnały, na które patrzyliśmy wcześniej, mają tę samą częstotliwość, szczyty i dołki nie występują w tym samym miejscu.
Mówi się, że istnieje różnica faz między tymi dwoma sygnałami. Ta różnica faz jest mierzona jako kąt między nimi. Można zauważyć, że jest to kąt pomiędzy tym samym punktem na dwóch przebiegach. W tym przypadku zero punkt przecięcia został podjęty, ale każdy punkt wystarczy pod warunkiem, że jest taki sam na obu.
Ta różnica faz może być również reprezentowana na okręgu, ponieważ dwa przebiegi będą w różnych punktach cyklu w wyniku ich różnicy faz. Różnicę faz mierzy się jako kąt: jest to kąt między dwiema liniami od środka okręgu do punktu, w którym przedstawiony jest przebieg.
Gdy dwa sygnały mają różne częstotliwości okazuje się, że różnica faz między nimi jest zawsze różna. Powodem tego jest to, że czas dla każdego cyklu jest inny i odpowiednio są one poruszanie się po okręgu w różnych rates.
Można wywnioskować z tego, że definicja dwóch sygnałów o dokładnie tej samej częstotliwości jest to, że różnica faz między nimi jest stała. Nie może być różnica faz między dwoma sygnałami. Oznacza to tylko, że nie osiągają one tego samego punktu na fali w tym samym czasie. Jeśli różnica faz jest stała, oznacza to, że jeden z nich jest opóźniony lub prowadzący drugi sygnał o tę samą wartość, tj. są one na tej samej częstotliwości.
Pętla z blokadą fazową podstawy
Pętla z blokadą fazową, PLL, jest w zasadzie formą pętli serwo. Chociaż PLL wykonuje swoje działania na sygnale o częstotliwości radiowej, wszystkie podstawowe kryteria stabilności pętli i inne parametry są takie same. W ten sposób do pętli z blokadą fazy można zastosować tę samą teorię, która jest stosowana do serwopętli.
Podstawowa pętla z blokadą fazy, PLL, składa się z trzech podstawowych elementów:
- Komparator fazy / detektor: Jak sama nazwa wskazuje, ten blok obwodu w ramach PLL porównuje fazę dwóch sygnałów i generuje napięcie zgodnie z różnicą fazową między tymi dwoma sygnałami. Obwód ten może przybierać różne formy. . . . . Przeczytaj więcej o detektorze fazy .
- Oscylator sterowany napięciem, VCO: Oscylator sterowany napięciem jest blokiem obwodu, który generuje sygnał o częstotliwości radiowej, który jest zwykle uważany za wyjście pętli. Jego częstotliwość może być kontrolowana w zakresie pasma częstotliwości operacyjnej wymaganej dla pętli. . . . . Przeczytaj więcej o oscylatorze sterowanym napięciem, VCO.
- Filtr pętli: Filtr ten jest używany do filtrowania wyjścia z komparatora fazy w pętli z blokadą fazy, PLL. Jest on używany do usuwania wszelkich składników sygnałów, których faza jest porównywana z linii VCO, tj. odniesienia i wejścia VCO. Reguluje on również wiele charakterystyk pętli, w tym stabilność pętli, szybkość blokady itp. Przeczytaj więcej o filtrze pętli PLL.
Działanie pętli PLL
Podstawowa koncepcja działania pętli PLL jest stosunkowo prosta, chociaż analiza matematyczna i wiele elementów jej działania są dość skomplikowane
Schemat podstawowej pętli z blokadą fazy pokazuje trzy główne elementy PLL: detektor fazy, oscylator sterowany napięciem i filtr pętli.
W podstawowej pętli PLL, sygnał referencyjny i sygnał z oscylatora sterowanego napięciem są podłączone do dwóch portów wejściowych detektora fazy. Wyjście z detektora fazy jest przekazywane do filtra pętlowego, a następnie przefiltrowany sygnał jest podawany do oscylatora sterowanego napięciem.
Oscylator sterowany napięciem, VCO, w PLL wytwarza sygnał, który wchodzi do detektora fazy. Tutaj faza sygnałów z VCO i przychodzącego sygnału odniesienia są porównywane i wytwarzana jest różnica lub napięcie błędu. Odpowiada to różnicy faz między tymi dwoma sygnałami.
Sygnał błędu z detektora fazy przechodzi przez filtr dolnoprzepustowy, który reguluje wiele właściwości pętli i usuwa wszelkie elementy o wysokiej częstotliwości na sygnale. Po przejściu przez filtr sygnał błędu jest podawany na zacisk sterujący VCO jako jego napięcie strojenia. Sens każdej zmiany w tym napięciu jest taki, że próbuje ono zmniejszyć różnicę faz, a więc i częstotliwość między dwoma sygnałami. Początkowo pętla będzie poza blokadą, a napięcie błędu będzie ciągnąć częstotliwość VCO w kierunku częstotliwości odniesienia, aż nie będzie w stanie zmniejszyć błędu i pętla zostanie zablokowana.
Gdy PLL, pętla z blokadą fazy, jest w blokadzie, wytwarzane jest napięcie błędu stanu ustalonego. Poprzez zastosowanie wzmacniacza pomiędzy detektorem fazy a VCO, rzeczywisty błąd pomiędzy sygnałami może być zredukowany do bardzo małych poziomów. Jednakże pewne napięcie musi być zawsze obecne na zacisku kontrolnym VCO, ponieważ to właśnie ono ustawia na prawidłową częstotliwość.
Fakt, że stałe napięcie błędu jest obecne oznacza, że różnica faz pomiędzy sygnałem odniesienia a VCO nie zmienia się. Ponieważ faza między tymi dwoma sygnałami nie zmienia się, oznacza to, że te dwa sygnały są na dokładnie tej samej częstotliwości.
Pętla z blokadą fazy, PLL jest bardzo użytecznym elementem konstrukcyjnym, szczególnie w zastosowaniach związanych z częstotliwością radiową. PLL stanowi podstawę wielu systemów RF, w tym pośredniego syntezatora częstotliwości, formy demodulatora FM i umożliwia odzyskanie stabilnego nośnika ciągłego z fali impulsowej. W ten sposób pętla z blokadą fazy, PLL, jest podstawowym narzędziem do budowy RF.
Więcej niezbędnych tematów radiowych:
Sygnały radiowe Rodzaje modulacji & techniki Modulacja amplitudy Modulacja częstotliwości OFDM Mieszanie RF Pętle blokady fazy Syntezatory częstotliwości Intermodulacja bierna Tłumiki RF Filtry RF Cyrkulator Typy odbiorników radiowych Radio Superhet Selektywność odbiornika Czułość odbiornika Obsługa silnych sygnałów Zakres dynamiki odbiornika
Powrót do menu tematów radiowych . . .