Phase Locked Loop, PLL Tutorial / Primer Inclui:
Laço Phase lock loop, PLL básico Detector de fase PLL oscilador controlado por tensão, VCO PLL filtro de loop
O loop Phase Lock Loop ou PLL é um bloco de circuito particularmente útil que é amplamente utilizado em aplicações de rádio frequência ou sem fios.
Em vista da sua utilidade, o circuito de fase bloqueado ou PLL é encontrado em muitos artigos electrónicos sem fios, rádio, e gerais de telemóveis para rádios de radiodifusão, televisões para routers Wi-Fi, rádios walkie talkie para sistemas de comunicações profissionais e muito mais.
h2>Laço de fase bloqueado, aplicações PLL
O laço de fase bloqueado recebe um sinal ao qual trava e pode então emitir este sinal a partir do seu próprio VCO interno. À primeira vista, isto pode não parecer particularmente útil, mas com um pouco de engenho, é possível desenvolver um grande número de aplicações de loop de fase bloqueado.
algumas aplicações de loop de fase bloqueado incluem:
- desmodulação FM: Uma das principais aplicações de laço de fase bloqueado é a de um desmodulador FM. Com chips PLL agora relativamente baratos, esta aplicação PLL permite que o áudio de alta qualidade seja desmodulado a partir de um sinal FM.
- desmodulação AM: Os loops de fase bloqueados podem ser utilizados na desmodulação síncrona de sinais modulados de amplitude. Usando esta abordagem, a PLL bloqueia na portadora de modo a que uma referência dentro do receptor possa ser gerada. Como isto corresponde exactamente à frequência da portadora, pode ser misturado com o sinal de entrada para desmodular síncrono os sintetizadores de AM.
- Frequência Indirecta: A utilização dentro de um sintetizador de frequência é uma das mais importantes aplicações de loop bloqueado de fase. Embora a síntese digital directa seja também utilizada, a síntese indirecta de frequência forma uma das principais aplicações de loop bloqueado de fase.
- Recuperação de sinal: O facto de o loop de fase bloqueada ser capaz de bloquear um sinal permite-lhe fornecer um sinal limpo, e lembrar a frequência do sinal se houver uma curta interrupção. Esta aplicação de loop bloqueado de fase é utilizada em várias áreas onde os sinais podem ser interrompidos por curtos períodos de tempo, por exemplo, quando se utilizam transmissões por impulsos.
- Distribuição do tempo: Outra aplicação de loop de fase bloqueada é na distribuição de impulsos de relógio cronometrados com precisão em circuitos e sistemas lógicos digitais, por exemplo, dentro de um sistema de microprocessador.
Conceitos básicos de loop bloqueado de fase – fase
A chave para o funcionamento de um loop bloqueado de fase, PLL, é a diferença de fase entre dois sinais, e a capacidade de o detectar. A informação sobre o erro de fase ou a diferença de fase entre os dois sinais é então utilizada para controlar a frequência do laço.
Para compreender melhor o conceito de fase e diferença de fase, é possível visualizar duas formas de onda, normalmente vistas como ondas sinusoidais, como podem aparecer num osciloscópio. Se o gatilho for disparado ao mesmo tempo para ambos os sinais, eles aparecerão em pontos diferentes no ecrã.
O gráfico linear também pode ser representado na forma de um círculo. O início do ciclo pode ser representado como um ponto particular no círculo e, à medida que o tempo avança, o ponto na forma de onda move-se à volta do círculo. Assim, um ciclo completo é equivalente a 360° ou 2π radianos. A posição instantânea sobre o círculo representa a fase naquele dado momento em relação ao início do ciclo.
O conceito de diferença de fase leva este conceito um pouco mais longe. Embora os dois sinais que analisámos anteriormente tenham a mesma frequência, os picos e os canais não ocorrem no mesmo local.
Diz-se que existe uma diferença de fase entre os dois sinais. Esta diferença de fase é medida como o ângulo entre eles. Pode-se ver que é o ângulo entre o mesmo ponto nas duas formas de onda. Neste caso, foi tomado um ponto de passagem zero, mas qualquer ponto será suficiente desde que seja o mesmo em ambos.
Esta diferença de fase também pode ser representada num círculo porque as duas formas de onda estarão em pontos diferentes do ciclo, como resultado da sua diferença de fase. A diferença de fase medida como um ângulo: é o ângulo entre as duas linhas desde o centro do círculo até ao ponto em que a forma de onda é representada.
Quando há dois sinais com frequências diferentes constata-se que a diferença de fase entre os dois sinais é sempre variável. A razão para isto é que o tempo para cada ciclo é diferente e, consequentemente, estão a mover-se em torno do círculo a ritmos diferentes.
Pode-se deduzir que a definição de dois sinais com exactamente a mesma frequência é que a diferença de fase entre eles é constante. Pode haver uma diferença de fase entre os dois sinais. Isto significa apenas que não atingem o mesmo ponto na forma de onda ao mesmo tempo. Se a diferença de fase for fixa significa que um está atrasado ou a conduzir o outro sinal pela mesma quantidade, ou seja, estão na mesma frequência.
Bases de loop bloqueado fase
Um loop bloqueado fase, PLL, é basicamente de forma de loop servo. Embora uma PLL execute as suas acções num sinal de radiofrequência, todos os critérios básicos para a estabilidade do laço e outros parâmetros são os mesmos. Deste modo, a mesma teoria pode ser aplicada a um laço de fase bloqueado, tal como é aplicada aos servo-laços.
Um laço bloqueado de fase básica, PLL, consiste em três elementos básicos:
- Comparador / detector de fases: Como o nome indica, este bloco de circuito dentro da PLL compara a fase de dois sinais e gera uma tensão de acordo com a diferença de fase entre os dois sinais. Este circuito pode assumir uma variedade de formas. . . . . Leia mais sobre o detector de fase .
- Oscilador controlado por tensão, VCO: O oscilador controlado por tensão é o bloco de circuito que gera o sinal de radiofrequência que é normalmente considerado como a saída do laço. A sua frequência pode ser controlada sobre a banda de frequência operacional necessária para o laço. . . . . Leia mais sobre o oscilador de voltagem controlada, VCO.
- Filtro do laço: Este filtro é utilizado para filtrar a saída do comparador de fases no laço de fase bloqueado, PLL. É utilizado para remover quaisquer componentes dos sinais dos quais a fase está a ser comparada da linha VCO, ou seja, a referência e a entrada VCO. Também governa muitas das características do laço, incluindo a estabilidade do laço, velocidade de bloqueio, etc. . . . Leia mais sobre o filtro de laço PLL.
Fase lock loop operation
O conceito básico do funcionamento da PLL é relativamente simples, embora a análise matemática e muitos elementos do seu funcionamento sejam bastante complicados
O diagrama para um loop bloqueado de fase básica mostra os três elementos principais da PLL: detector de fase, oscilador controlado por tensão e o filtro do loop.
Na PLL básica, o sinal de referência e o sinal do oscilador controlado por voltagem estão ligados às duas portas de entrada do detector de fase. A saída do detector de fase é passada para o filtro de laço e depois o sinal filtrado é aplicado ao oscilador controlado por voltagem.
O oscilador de tensão controlada, VCO, dentro da PLL produz um sinal que entra no detector de fase. Aqui a fase dos sinais do VCO e o sinal de referência de entrada são comparados e é produzida uma diferença ou tensão de erro resultante. Isto corresponde à diferença de fase entre os dois sinais.
O sinal de erro do detector de fase passa por um filtro de baixa passagem que rege muitas das propriedades do laço e remove quaisquer elementos de alta frequência do sinal. Uma vez através do filtro, o sinal de erro é aplicado ao terminal de controlo do VCO como a sua tensão de afinação. O sentido de qualquer mudança nesta tensão é tal que tenta reduzir a diferença de fase e, consequentemente, a frequência entre os dois sinais. Inicialmente o laço estará fora de bloqueio, e a tensão de erro puxará a frequência do VCO para a da referência, até não poder reduzir mais o erro e o laço ficar bloqueado.
Quando o PLL, laço de fase bloqueado, está em bloqueio, produz-se uma tensão de erro em estado estável. Utilizando um amplificador entre o detector de fase e o VCO, o erro real entre os sinais pode ser reduzido a níveis muito pequenos. Contudo, alguma tensão deve estar sempre presente no terminal de controlo do VCO, pois é isto que coloca na frequência correcta.
O facto de uma tensão de erro constante estar presente significa que a diferença de fase entre o sinal de referência e o VCO não está a mudar. Como a fase entre estes dois sinais não está a mudar significa que os dois sinais estão exactamente na mesma frequência.
O loop de fase bloqueado, PLL é um bloco de construção muito útil, particularmente para aplicações de radiofrequência. A PLL forma a base de vários sistemas de RF incluindo o sintetizador de frequência indirecta, uma forma de desmodulador FM e permite a recuperação de uma portadora contínua estável a partir de uma forma de onda de impulso. Desta forma, o loop de fase bloqueada, PLL é uma ferramenta essencial de construção de RF.
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