Badanie pętli fazowej (PLL)

BADANIE
PĘTLI FAZOWEJ
(PLL)
1. Przygotowaniapętli fazowej do pracy
Pętla fazowa (PLL - Phase Locked Loop) jest układemśledzącymze sprzęzeniem
zwrotnym (rys. )
Filtr
dohtoprzepustowy
Dzielnik
częstotliwości
Rys' Klasyczna pętla fazowa
VCo _ generatorsterowanynapięciem (Vottage Controlled oscilator). fvco - częstotliwość
generatorasterowanegonapięcienr
,2" _ podziałdzie|nikaczęstotliwości.
GeneratorVCo sterowanynapieciem,przy zastosowaniujako dzielnika częstotliwości
ukiadu CD4024, NICY4024. po zsynchronizowaniupętli fazowej generujesygnałyo częstotliwości
fvco:fn"Zn;
n:1,...,J
gdzie:fvco - częstotliwość
generatorasterowanegonapięciem.
f,u"_ częstotliwość
powielanegosygnałuwejściowego,
fn _ podziałdzielnika częstotliwości
(dla układuCD 4024[ = 1, 2,3, ..' ,J),
Częstotiiwość
fvco generatora,dla wybranej wartościn, określasię na podstawie wzorów (3 I
1 5 )i ( 3 - t 6 ) .
r
\74^
a
'l-,,^^
R, (C, +32[pF])
=
1
R, (C, + 32[p!-])
Paratrretryfrltru dolnoprzepustowego,który jest układernRC o charakterysryceprzenoszenia
H(f) =
t
I+ -l'-'-.''.-
2nRC
dobiera się i,v oparciti o wzÓr
(3-r2)
Lfrrr=2
-
2nRC
(3-14)
A}
AIr
gdzie:Afcu - zakres chwyania (zaskoku)petli
Ąfr - zakres trzymaniapętli'
powyzszegowzoru otrzymano
Po przekształceniu
Ąf,
RC=:"
n Af.:,,
LN
af,
I
.tO
---___i- = =-.
Afć"
!
af,
Af.n
T
6
-1)5
t1t
to iloczyn RC = I
wyznaCzamy wańościfiltru dolnoprzepustowego.Z druNa podstalvie tej za\eżności
giej strony stałaczasolva RC ze względu na spełrrieniewarunku stabilnościpętli fazowej
nc.
I
kÓAk.
)
Au,
u, Afu.o
f u t o) u ' a u '
-n[(.,* . f" )
gdzie:Ę. staładetektorafazy,
A - stałaprzetwarzania wzmacniaęzai fi1tru dolnoprzepustowego (w obszatze płaskiej
charakterystyki),
Ę - stałageneratoraVCo'
StałąRC najczęściejdobiera się eksperymerrtalnie.
2. Pomiary i obserwacjenapięćw pętli
punktachpętli przy
2,1. Przeprowadzićobserwacjenapięćw charak1erystyczrryclr
włączonychkomparatorach(detektorachfazy)
typl(E'.-OR)
typ II (porównujący zboczanarastającesygnałów)
2.2. Wyznaczyc zahesy
chwytania(zaskoku)pętli,
\
trzymaniapętli
dla kiiku wartościwztnocnietriawzmacniacza lvłączonegorniędzy filtr dolnoprzepustowy,a
generatorSterowanynapięciem.Równocześnienalezy zmierzyc rożnicefaz sygnałowpodawanyclr na wejściadetektorafazy'
następujewtedy, gdy wejściaAR i MR po wl4czeniu napięcia zasilania są
w s t a n i en i s k i m .W a r u n k i e n lp o p r a w n e pj r a c yu k l a d u a u t o m a t y c z n e gzoe r o w a n i a j e s t z a s i l a n i et a j m e r an a p i ę c i e mz p r z e d z i a l uo d 7 , 5 d o l 8 V . N i c k t l r z y .
s t n y m e f e k t e mz w i ą z a n y mz p r a c ą u k l a d u a u t o m a t y c z n e g oz e r t r w i t l l i jae s t
znaczny wzrost spoczynkowegoprądu zasilaIlia.
Drugi rodzaj zerowania polega na podaniu na wejście
/\'/^ukladu stirnu
w y s o k i e g o .S t a n l v y s o k i n a w e j ś c i ui \ 1 ^ p o w o d u j e w y z e r o w a n i eu k ł a d u
n i e z a l e ż n ioed s t a n u p o z o s t a l y c hw e j ś cs t c r u j i 1 c y c hP.o d c z a s z e r o w a n i an a .
.l.cn
stępu.ierorvnieżzatrzymanie pracy oscylatora.
rodzaj zerowania jcst
n i e z a lż
e n y o d p r a c y u k l a d u a u t o m a t y c z n e g oz e r o \ \ , a n i iir j e s t s k t l l e c z n v
l r , c a l r , mz a k r e s i en a p i ę c z a s i l a l l i at a j m e r a( o d 3 d o l 8 V ) '
Rtxt:aic pror.t'uklodu 454 I
l'ablicl 3.26
Wcjścia
so,o
it
.4n
x
n
0
x
0
x
0
Y
U
X
polączo.
ne z wyjściem
ukladu
Rodzaj prlcy
Mulc
x
Zmniejszon1' pobćlr mocy
X
AUtomalycznc
X
W y z c r o w a n i cd z i c l n i k a ,z a l r z y m a n i c p r a c y o s c y l i r t o r i r
zerowąnic po włączcniu zasiIatlilt
P r a c a a s t a b i l n a .U k | a d d z i e | i c z ę s t o t I i w o śoćs c y | a I o r a
Iub 8encrat'orazcwnętrzncgo prl'ez' 2^.
X
0
P r a c a m o n o s t a b i l n a .P o z l i c z c n i u 2 " - r i m p u l s i l w
z m i c n i u s i ę s l a n w y j ś c i au k l a t l r l z I n c 0 '
0
0
P r a c a m o n o s t a b i l n a .P o t l i c z . e n i u2 ' I i m p u l s o w
zmicniirsię stan $'ścia uklirdu z-0 nil l'
0
x
P r a c a s t a b i l r r a .U k l a d g c n e r u j c k r o t k i c
i m p u l s y r l o d a t n i ez e w s p Ó l c z y n n i k i c m
p o d z - i a l u2 " - r .
Rozrożnia się dwa podstawowe rodzaje pracy tajnlera (tablica 3.26).
a mianowicie:
praca monostabilna,
praca astabilna.
P r a c a m o n o s t a b i l n ar o z p o c z y n as i ę w c h w i l i p o d a n i as t a n u n i s k i e g on a
wejścieMorle. Wyjścieukladu zmienia stan po czasie:
'T:2::
I
gdzie:
n - liczba stopni podzialu dzielnika,
oscylatora |okalneBo lub generatorazewnętrznego
.f _ częstotliwośc
i p o z o s t a j ew t y m s t a n i e d o c h w i l i w y z e r o w a n i ad z i e l n i k a( M n : 0 ) .
194
Na weiścitr
5.2'6powinien byc taki stan,jaki chcemy uzyskac na \\,yjściu
i onoimpulsu.
t r k l i l < l t(rO L l T l w c z i t s i eg e r t e r a c jm
P r a c a a s t a b i I n au k l a d u 4 5 4l p o | e g an a d z i e l e n i uc z ę s ( o t l i w o śocsi c y | i r t o r a| u b g c t ) c r a t o rzae w n ę t r z n e g o
J e. ś |Mi o d a : I i M n : 0 , t o n a w y j ś c i u
ukIadu otrzymujenryprzebiego wspolczynllikupodziałurÓwnym 2" i wspolc z y n n i k u w y p e l n i e n i aI : 2 . D o k l a d n i e jz o s t a n i ep r z e d s t a w i o npa r a c aa s t a b i l n a
-'
o w s p o l c z y n n i k up o d z i a l u 2
126).
.fell
układuoU7
rodzaj pracy ukladu uzyskujesię wowczas,gdy wyjście
zostaIliepolączolle z wejścienr
ZerującymM*' natorniastna wejścieSB16zo.
s t a n i ep o < J a nsyt a n n i s k i ,t a k a b y g e n e r a c j ar o z p o c z y n a l as i ę o d n i s k i e g os t a n u
n a w y j ś c i uu k | a d u . W i c j s y t u a c j i ,p o z l i c z e n i u2 " _ ' i m p u l s ć l w , n a s t ę p u j e
z m i a n a s t a t r uz n i s k i e g ol r a w y s o k i n a w y j ś c i uu k l a d u , a t y m . s a m y m i n a
w c j ś c i uM ^ . P o . ; a w i e n i es i ę s t a n u w y s o k i e g o n a w e j ś c i uM ^ p o w o d u j e
wyzerowanie ukladu i powtorzenie cyklu zliczania. Czas trwania impulsu
gener()walrego
na wyjściuuk|adujest rowny opoźnieniusygnaluod wejścia
ł1^
.|en
jego
clo wyjscia oUT (ok. l ps).
rodzaj pracy ukladu rozszęrzamożliwości
a s p Ó l c z y n n i kpi o d z i a ł u2: 1, 2 9 , 2 , , , 2 , ' ,
z a s t o s o w a n i ag, d y ż ' z a p e w n iw
3.13.
ukladv PLL
Pętla fazowa PLL (ang.:Phase _ Locked Loop) jest uk|ademśledz4cymze
sprzężeniem
Zwrotnvm.Pętlefazowe(rys' 3.l45)skIadająsię zwykle z detektora
Rys. 3.|45. Klitsyczna pęt|afazowa
fazy, filtru pętlowegooraz generatorasterowanegonapięciem _ VCo 6ng.:
Vlltuue Cotilrtłlledoscillator).
Detektor fazy porÓwnuje fazy dwu sygna|ow:wejściowego
U'(l) i generat<lrit|/Co - U,,(t)' Napięcie na wyjściudetektora wyraż.asię zależności4:
u"(r;:x"[t.trl-i]
(3-6)
gdzie:
K. - wspolczynnik wzmocnienia detektora fazy,
^@(') _ rożnica faz sygnalow U ,(t) i U o().
Napięcie rr'yjściowe
dctektorajest liltrowane przez filtr dolnopasmowy,ktory
tlumi częstotliwości
t, i fo oraz składowęharmoniczne.Ponadto filtr ten t|umi
wyzszesk|adowewi<lmaszumÓw określając
tym samym wlaściwości
szumowe
t95
pętIi. Napięcie z wyjściafi|tru (ewentuaIniep o u ' z l n o c n i e n i ul )
częstotliwością
drgari generalora VCo tak, ż'e:
I 0 : . f r +K . .AU
"o
steruie
(3-7)
Jeślillltr pęt|owyjest ukladem RC, to jego charakterystykaprzenoszenia
ma postać:
I
(3-l 2)
H(f):
'.'(t)
gdzie:
/o _ środkowaczęs(otliwość
zakresu generatora,
K ' ' - w s p Ó l c z y n n i kp r z e k s z t a l c e l l inaa p i ę c i e _ c z ę s t o t l i w o gśecn e r a t o r a '
Napięcie sterująceU"(t)zmniejszarÓżnicęczęstotliwości
sygnaluwejściowego i gęneratora' RÓżnicę taz między tymi sygnalami można wyznaczyc
ze
wzoru:
Ao :: + ,I'-r!o
2
(l-8)
KvK6A
M a k s i m u m n a p i ę c i a n a w y j ś c i ut l e t e k t o r ar o w n a s i ę + K . ; '
j e d n o s t r o n n am a k s y m a l n az m i a n a c z ę s l o t l i w o śpc ę
i tli wynosi:
(.[t--fo)^^,
: +] x x,, a
"
Za|em
/?-ql
Zakreszmianczęstotliwości
od _; KoK v A do + K@Kv A wyznacza
l
p a s m o t r z y m a n i ap ę t l i :
Lfr:
nKoKvA
(3-ro)
Pasmo trzymania jest symetrycznieulożonewzględemczęstotliwości
/o
( r y s .- j . 1 4 6 ) .
g d z i ef , : 1 / 2 ( n R C J) e. ś lAi f , Ł f , _ f o > 3 f , , t o H ( f ) ź I , l L . [ , .
maksymalnąrowną
NapięciesterującegeneratoraVCo ma wartośc
1l
i VCo nie
sygnałuwejściowego
rozstrojenie
+:KaAf|l^{.' Dopuszczalne
L
powinno przekroczyćwartości:
(t f. /-l J/o\ l - " , - +, f-t r n, o ^u l ' a, I ,
Ę
( 3 -I 3 )
Przedziałwyznaczony tymi wartościaminosi nazwę pasma chwytania
pętli (rys.3.l46).Pasmo chwytaniapętli Af, jestzazwyczajmniejszeod pasma
trzynlania,co widać ze wzorui
Lf"= z,Ę6 L
(3-14)
Pasmo chwytaniapętli możnazwiększyćposzerzającpasmo przenoszenia
filtru pętIowego.Prowadzi to jednak do zmniejszeniaodpornościukładu na
zak|Ócenia.Dlatego w wielu przypadkachpasmo filtru przyjmujesię na drodze
kompromisu między pasmemchwytaniapętli a jej odpornościąna zak|Ócęnia.
W s k l a d s e r i i 4 0 0 0 8 w c h o d z i u k ł a d 4 0 4 6 ( r y s ' 3 ' l 4 7 ) s k | a d a j ą c ys i ę z :
?
uoo
t'jd-_l
AI
Komporotor fozy PCI
I
13PC il our
Komporolor lozy PC ll
Rys 3.146.
Pasmo trzymania i chwytania pgtli
Gdy pęt|a jest zsynchronizowana,napięcie wyjściowejest stale. Przy
braku synchronizacjimiędzy częstot|iwościami
sygnalu wejściowego
i generatora, napięcie na wyjściudetektora zmienia się z szybkością:
do(r)
: ZnU'-h)
da
(3-rr)
PHASE
cl
lt:r-l
I
Uss
il',
15 ZENER
I
6 uss
Rys 3.147. Schcmat funkcjonalny ukladu scalonego 4(X6
|iniowego generatora strojonego napięciem _
VCo'
dwÓch komparat.orÓw t1zy o rÓznycli charakterystykach'
sterowanegoźrodla napięcia o<lniesienia,
diody Zenera o napięciu regu|acji 5,2 V'
Podstawowynl elemenlem pęt|i jest
'eneralor VCo. ktory zapewnia
liniowość
p r z e k s z t a | c e n inaa p i ę c i e _ c z i s t o t l l w o ś ć
l e p s z ąn i ż l % . M i n i l n a l n a
wartość
częstotliwości
generatoraoraz zakres ,,ninn .,ę,iottiwośj
wyzIlaczane
są pfzez elenlenty zewnętrzne - konrlensator
C' oraz ręzys|oryR' i R,.
E ' e m e n t y R ' i C 1 d e t e r m i n u j ąz a k r e s
z m i a l l c z ę s t o t l i w o j c i . - ź op o n . , o . ą
rezystoraR, wprowadza się stale przesunięcie
częstotliwości'
rvyznacza14c
tym
samvrn .jej rvartoścnlinimalną' Orientaryjne
warlości.[^,^'i
8enera.
"f^,,
tora VCo można wyznaczyćze wzorÓw:-
:
/^."
ł,rc, nlrpeij.
r^":F;E*tirDi
Ul : Us.s
( . 1t s- )
u,:un,
( 3 r- 6 )
z m r r i e j s z as i ę z e w z r o s t e mR , i p r z y R , :
.l n* I. -n.l_mCu' 'n. l. o . | i w o ś ć . Ą , "
oo osiqga
n r i n i n r o r u m .C. h a r a k t e r y s t y k i p r z e s t r a j n n i n
g.n.,ot6ra /(io są
p r z e d s I a w i o n ne a r y s . 3 . . | 4 8 .Z a l e c a
s i ę s t o s o * a r r i ee l e m c n t o wz e w n ę t t . z n y c l t
*eneratorao wartościachzawierającychsię w przedzialach
przedstawionych
w tablicy3.27.
I
lo
ł
Uoo u
!P9
2
Rys 3.146.Charakterystyki
przestra.yania
VCO
Wartości e|ementÓw R,, R, i C, mozna wyznaczyć przy zalozonych
wartościachf lub f,,,-([o :.f^^,lz)ewentualnie
: f,._ Lf,l2), po.
.f^,^(I^,,
sługującsię zależnościami:
/o(C,) przy R,: co oraz przy paramel'rachR,
i Urrlub .[,,,,(Cr)przy par.<rmetrach
R, i Uro 1rys.3.152i 3.15]).W drugim
przypadku, w celu wyznaczenia wartościrezystora R,
można poslużyć się
zależnością
r-*lf^,"od R,/R, L29)(f^,,: j^i^+
A,f,.: Io+nf,pl,
Napięcie sterująceczęstotliwością
generatorajeit podawa'e z wyjścia
filtru dolnopasmowegoR., C,. Duża impedancjawejściowa
generatora(rzędu
'.0'' o)
zaprojektowanie
filtru,
umożliwiając
wybor
wartościjego
-u|atwia
e|ementoww szerokimzakresie(np. przyjęciemałychwartościpojemności
C,).
.generatora,
Użytkowymi sygnalami mogą być zarÓwno sygnal z wyjścia
jak
i z wyjściafiltru dolnopasmowego.Ten drugi sygnal jesi.uzytłczny
z.w|aszcza
w układziedemodulatoraczęstotliwości.
Aby nie obciążacniepotrzebniefiltru,
sygnal b|ędu(zdemcldulowalry)
można uzyskac z wyjściaźrodlasterowanego
(ang' SF _ SourceFollower),ktÓre służądo separacji
wejściaVCo od innyirr
ukla<lÓw rvykorzystującychten sygna|. W tym p,,yp"dku
należy wyjście
D E M o D U L A T ) R o U T o b c i ą ż y ćr e z y s t o r e mR " < l o ł ą c z o n ydmo
U.,. lypowa wartośćte8o rezystorawynosi l0 kQ. Jeżeliwyjście/0 nie
iest wvkorzvs t y w a n e .n i e n a | e ż yg o o b c i ą ż a ć .
U k | a d 4 0 4 6m a w e j ś c i e
I N H I B I T , z a k t Ó r e g o p o m o c ą m o ż n aw y l ą c z y c
(stan l) generatorVCo i ź.r6d|o
SF, zmniejszającmoc pobieranąprzez uklacl.
Sygnrr|z w1,jścia
generatora może być podawany nu *..1ś.i"korn.
paratorÓw tazy bezpośrednioIub przez zewnętrzny
<izie|nikczęstotliwościze
stopniempodziałuN (1 ogÓlnościzmiennym).WÓwczas
częstotiiwość
generatora będzie N razy większa od częstot|iwości
wejściowej'
Dzielnik może być
zbudowany z ukladÓw CMos (np. 40|7, 40|8, 4029,
4059),
Uk|ad 4046 ma d.wa komparatory |azy: PC I i PC II
z po|ączonymi
wejściami,
oznaczonymi na rys. 3.|47 przez PC I IN i PC ll.rlv.
wejscie
sygnalowe (PC I IN) jest wejściemwzmacn,iacza
napięciorvego z uk|adem
automatycznejpo|aryzacji,dzięki ktoremu uk|ad możepiu.o*Jć
z sygnałami
ana|.ogowymio ma|ych poziomach.Komparator typu jest
I
prostą bramką
Ex.oR i pracuje na zasadzie morlulatorazrownoważonego
(czterocwiartko.
alR,=T.blR!*r
Przedzialł' znletanl,ch
,a,,rm
,.,,," F
l,ar|ości elenten| w
Tablica 3.27
,a,ouaffi
Warunki
Rczyslor Rr
Rezystor R,
Kondensator
Kondensator
U, lvl
|0kf)<RlślMt)
lokO<R:ś|MQ
|00 pF ę C' ę 0'0l pF
50 pFś C, < 0,0l trF
TT
T
F
aa:L
---um
- --Uss
R y s . 3 . 1 4 9Przebicgi
.
czasowe i charak(erystyka statyczna kompara(ora pC
I
t99
wego ukladu mnożqcego)'Jest on wykorzystywany do porownania faz sygn a l o w o w s p ć l l c z y n n i kwu y p e l n i e n i a( ) , 5C. h a r a k t e r y s t y k sat a t y c z n at e g ok o m p a r a t o r aw r a z z l l l t r e m m a | e jc z ę s t o t l i w o śj ceis t p r z e d s t a w i o t rnaa r y s . 3 . I 4 9 .
P r z y b r a k u s y g n a l u n a w e j ś c i uk o m p a r a t o r t e n u t r z y m u j eś r e d n i en a p i ę c i e
wyjściowe
rowne U n,f2. Napięcie to, podawaneprzez fi|tr na wejście
generato.
ra. VCo, wymusza jego częstotliwość
środkową"ro.Przesunięciefazy dla tej
jest rÓwne nl2 |rad). Uk|ad charakteryzujesię Iiniow4charakteczęslotliwości
rystykąw calym zakresie zmian fazy 0 + n. Cechą charakterystycznąukladu
PLL z komparatorem typu I jest możliwośczsynchronizowaniasię pętli do
h a r m o n i c z n ecj z ę s t o t l i w o śś
c i r o d k o w egj e n e r a t o r aI / C o .
Komparator fazy PC /1 jest cyfrowo sterowanym ukladem pamięciowym i zawiera cztery przerzutniki, uk|ad sterującyoraz trÓjstanowy uklad
wyjściowyzbudowany na dwoch tranzystorach:typu ll i p. Uproszczony
s c h e m a tk o m p a r a t o r aw r a z z p r z e b i e g a m ci z a s o w y m ij c s t p r z e d s t a w i o n yn a
r y s . 3 . l . 5 0K' o m p a r a t o r t e n j e s tc z u ł y . i e d y n ine a z b o c z a n a r a s t a . i i 1scyeg n r r I o w
ciwnym przypadkujest wysterowanytranzystortypu n' a wyjŚciema poter
U,, (stan 0). Wyjściowysygnal blędu o poziomie 1 lub 0 i czasie trw.
rownym przesunięciu między zboczami sygnałow wejściowychpowo
prze|adowanie)kondensatora w fi|trzę doln.
ładowanię (rozla<lowanie,
smowym. Napięcie z wyjściafiltru przestrajaVCo, zmniejszającrożnicę
Dla tego typu komparatorapętlajest zsynchronizowana,gdy przest
i VCo jest rowne 0 (rys'3.t5t).WÓwczas oby
cie faz sygnalu wejściowego
Rys 3.15t.
statycznakomparatora
Charakterystyka
PULSES
uoo
H
?I
|-Jp
F-.l
l--Pcll
oul
l*r ^
i
pcr rN J-l_|-l_
_ _-r-f_f-L_
Pcrr rN _f-t_Fl___i-I_f1
PI{ASE PULSES JI-IT-
*
Pcrr
our
-{:--njj--:::-u--
vco IN
''-----''-
o
uss
J-l_l--L_
_J_.L_n_
N
N
n-:i:
-
tranzystory są zablokowane i wyjściekomparatora jest w stanie wys.
impedancji(HZ).w tym stanie utrzymujesię sta|enapięciena kondensat.
zmniejsza 5ię moc rozpraszana przez fi|tr. Ponadto stan HZ na wy
sygnalizuje stan synchronizacjipętli. Należy pamiętac,ze przy stoso\Ą
komparatora PC ll zakresychwytania i trzymania pętli są jednakowe
zależą od liltru. Przy braku sygnału na wejściu,VCo generuje s)
zakresu przestrajania.Komparator PC I]
o najniższejczęstotliwości
wyjściePHAsE PUlsEs, na ktÓrym pojawiająsię impulsy z wyjśc'.uk
porÓwnania faz sygnalow.Brak impulsow na tym wyjściuświadczyo ;
c h r o n i z o w a n i up ę t I i .
pętliz obydwoma typami komparatorÓw zi
Porownanie wlaściwości
jedna zasadnicza rlznica między obydu
jeszcze
ra tablica 3.28. Istnieje
u k | a d a m i . K o m p a r a t o r l I g e n e r u j ei m p r r l s y w y i ś c i o w et y l k o w t e d y .
Ę
R t s . . 1 . 1 5 0U
. p l o s z c z o n v s c l l c m i r t i p r z c b i c g i c z a s o w c k o m p i r r a t o r aP C / /
pętli z komparatorami PC I i Pc II
Por wnanic u,Iaściw,ości
Komparator
na wejściach,
dIategowspÓlczynnik wypelnieniatych sygna|ownie wplywa na
pracę komparatora. Za|eż.nieod tego. cz'y zhocza sygnaltrgeneratora /Co
poprzedzajqzboczL|sygnalu wejściowego,
czy następująpo nich, na oclpowiednich wyjściachukladu logicznegopojawiająsię impulsy,ktÓrych czas trwania
jest proporcjonalny do opoźnienia między sygnaIami. Jeśli faza sygnalu
wejściowego
wyprzedza fazę sygnalu generatora VCo, |o wyjście
jest w sta.
n i e l ( n a p i ę c i eL / , , , p
, o d a w a n ep r z e z w y s l e r o w ź l nl rya n z y s l o rl y p u p ) ' W p r z e -
Parametr
WspÓlczynnik wypelnicnia
Synchronizacja na harmonicznych
Wlaściwościszumowe
Pasma trzymania d/"
Pasmo chwytania
Czestotliwośćswobodna
typ | (Ex-OR)
5070 optymalnY
tak
dobre
czły zzkles
ś Ó.fr
r
!o
bez znaczłni;
nic
slabe
YCo
= LIr
I^n
tvystępujęrÓżnica faz nigJzy sygnaIami.W pozosta|ymczasie kondensator
liltru 1lracujez wysoką impcdancjąjako uklac| pamiętajqcy,utrzymujący
lzCo. Na wyjściukomparatora I sygna|jest generowa.
wlaścirvą
częstotliwośc
pracujejako wygładzający
filtr dolnopasmowy.Ciągle
pętlowy
ny ciagle,a filtr
zmiany napięcia sterującegoVCo dają w kotlsekwencjizmiany fazy tego
gelleratora.W uk|adach powielaczyczęstotliwości
i syntezerowjest to źrodlo
dodatkowych b|ędow, tj. pasożvtniczejmodulacji |azy.
rozpatrywanego
W celu pelniejszegoscharakteryzowaniawlaściwości
ukla<lun
. a r y s . 1 . 1 5 2 i 3 .1 5 3 p r z e d s t a w i o n joe g o w y b r a n e c h a r a k t e r y . s t y k i .
Pttrantetrv slrrtJr-;Ó( ukladtiv M('l'
VfO lN.Uml2
ro'
Pa ranretr
OznaJedn.
czenle
I'CI IN nic
podlączonym
INII = Uoo
Io,
PCl /N = Uss
lub Uan
INII : Uno
Io o
pA
P r ą t l w y j ś c i o w yw s t a n i e
n i s ki n r
,I ot.
mA
mA
N
x!
E_S!
r) oo
INH : Us!
..
>
UDD'15V
-r
to'
l,i:r
/:::
MQ
'-,/
! 0 0k Q
r0 kr,
.-
r'
r'
ro'' or
r)'
Rrs.3.152.
Za|cżność.
fn = /.(C')przy R' = ':
lo-t
10'
r(rt
lot
nt
I
15v
1ov
5V
l5v
ltlv
P r ą d w y j ś c i o w 1w, s t a n i e
wysokim
Tablica 3,29 zawiera wybrallę parametrystatyczne,a tablica 3.J0 paranretry
d y n a m i c z n eu k l a d o w 4 0 4 6 .
Pętle fazowe zllalazly szerokiezastosowalliew wielu dziedzinach,m.in.
lv telekomunikacji i telemetrii.W szczegolrrości
uk|ady PLL są slosowane
w ukladach:
m o d u l a t o r o w i d e m o t i u l a t o r o wF M ,
dyskryminatorÓw częstotliwości,
powielaczy i syntezerowczęstotliwości,
przetwornikÓw napięcie/częstotli
wciśc,
.:
modemÓw FSK,
synchronizacji fazy.
W d e m o d u | a t o r z eF M u k I a d P L L j e s t r J o s t r o j o n yd o c z ę s t o t I i w o ś c i
zmiany częstot|iwości.
Napięcie
Generator VCo ś|e<Jz,j
sygnałuo<lbieranego.
u d p o w i a d as y g n a l o w iz d e m o d u l o w a n e m uN. a r y s u n k t rJ . l 5 4
na jego wejścio
jest przedstawionyprzyklad demodulatoradla częstotliwości
nośnej|0 kHz
i maksyma|nej dewiacji 400 l |z. wyznaczonej pasmem trzymania pętli
( R : = | 0 0 k Q . c 2 : 0 , l t r F ) .C a l k o w i t y p o b Ó r p r ą d u p r z e z u k l a d z u | e z yo d
wynosi l32pA dla S/N:4dB,
s t o s u n k um o c y s y g n a ł / s z u(ms / N ) n a w e j ś c i u
0,t
nś
t5
20
40
80
t60
t0
20
40
80
0,64
t,6
0,5|
.\
Ion
mA
Napięcie wejściowc w sta.
nic wysokim
-n o
-t
t
- 6,8
Prąd wcjściowy
0
0
0
4q5
1A
0,05
0,05
0,05
5
9.95 q q 5
t0
t 4 . 9 5 14,95 t 5
3
II
P r ą d u p | y w uw y j ś c i a3 - s t a .
I t.oz
nowego
uA
+0,1
uA
t0,4
qs
t15
dqs
0 ;5
)
o;lo l0
|Ę
l<
l
3
3.5
7
ll
t l o - s +0,1
+ 0,4
0 t5
5
0 ;5
5
o;lo t0
0 :1 5 t 5
0 ;5
5
o ;l o t 0
o ;1 5 l 5
I4.95
7
ll
0 ;5
5
o ;l o t 0
0 ;1 5 t - )
0,05
0,05
0,05
9.9s
15
1
il
Utn
4,6
t! \
,,4
-)6
dqs
Napięcie wcjściowew staUtr
nic niskim
0,4
-t 6
Uoo
0 ;5
5
o; lo l0
0 :l 5 t )
0: 20 20
0,36
0,9
- 0,36
UI
lvl ivl
ol 5
5
o;lo l0
o;15 t5
o; 2o 20
40
80
r60
-I
0,05
0,05
0.05
N a p i ę c i e w y j ś c i o w ew s t a Uon
nic wysokim
0,1
0,5
- 0,64 - n ś l
A1
N a p i ę c i c w y j ś c i o w ew s t a .
Uor
nic niskim
fo
40
80
'60
I
2,6
6,8
A,
tvl
max
0.05 0 , 1
0,25 0,5
0,75 t 5
2.00
4)
c,lprl
Rys. J.153.
Z a l c ż n o śIć^ " = I G ' ) p r 7 . y R . ' ł d )
typ
A
'c-
Warunki pomiaru
25"C
Tt-;n'
mtn
iś
vco lN. U!!
Tablica 3.29
64046N
Wartość
>,=
J|tr
og
l. lH.l
74046N i MCY
0l 15
.)
0,5:4,5
l:9
1 . 5|:3 . 5
5
l0
l5
n 5 . 4s
l:9
| , 5 |: 3 , 5
5
l0
I5
0l 18 t8
t2
o;l8 l8
U w a g a : W s z y s ( k i cn i c w y k o r z y s t a n cw c j ś c i ap o w i n n y b y ć o d p o w i e d n i os p o l a r y z o w a n cp r z e zd o l ą c z c n i c
do U." luh Up,' z wy.iątkiemwejściaPCI IN
fr-", : +70'C
d l a s e r i i M C Y 7 4 . . .N
" l-"-," = 0"C;
d l a s c r i i M C Y 6 4 . . .N
L-i. = -40'C: Ir-., = +85"C
Porilmetrt
dvvnnic:ne
ukludox'ttCr' 74046N i ltCl' 61046N
(Prz.yT^= + 25'C; r. = t t = 7 0 n s i C , . = 5 0 p F : R , . = 2 0 0 k n )
Parametr
JznaJedn.
)zcntc
2
l
I
Wartość
U,,
4
cd. tabl
T a b l i c a 3.30
mlr)
ryp
max
5
6
1
Warunki pomiaru
I
6
z
CzuIośćnapięciowa
wcjściaPC / /N
mV
(p-p)
(p
5
lo
t)
t 8 0 360
330 660
900 I800
l0
l5
z?5
t00
65
450
200
t30
t0
t5
150
150
100
700
300
200
5
l0
l5
225
100
95
450
200
190
5
l0
l5
le{
570
260
190
Gcnerator |,Co przes|rajany napięciem
M a k s y m al r r a
cz'ęstoI
liwośc
g c n c r a cij
t/co
I^,,
5 0,:l
l 0 0,6
l(
0,8
lvlllz
5 0,5
t0 I
t,4
Wspołczynnik
liniowości
5
t0
l0
l5
f,
T}Y F % f c
Cza.s
przcl4czan ia
D
lrut
I tt n
l.Ó
0,8
1,4
Cr=50PF
Rr:coi Rr=5kn
t,co 1N -_ LJoD
l.ą
l / C O l N : 2 , 5V J 0 . 3 V : R r = l ( l k Q
YCO lN : 5 Vi4 V; R, : 196Pq
l r C O l N : 5 V + 2 , 5 V ; R , = 4 1 1 1y 1 1
Y C O I N : 7 , 5 V t 1 , 5V ; R , : l ( 1 0k n
Y C O I N = 7 , 5V t 5 V t R , = 1 y p
0,5
7
5
t0
t5
10,12
t 0.01
I 0,015
5
t0
t 0,09
t 0,07
t 0,01
|Ś
Wspolczynnik
wypclnicnia
Cr=50PF
R:=co;R,=l0kO
I'CO IN : UOO
1,1
0,5
l{
Temparaturowy
wspolczynnik
s t a b iI n o ś c j
cZęsIotIiwości
0.6
t.2
"^
5
l0
50
50
50
ns
5
t0
100
50
40
r5
I^tło
U
r
lJ::';::,""'*
E
5
l0
t5
I,E
1,8
1.8
5
l0
l5
0,1
0,7
0,9
Xlł
MO
5 I
l 0 0,2
t ) 0.1
1
0,4
0.2
I rtn
L.Zas propagacjl
PCIIN
do PC II OUT
w stanie drrźej
impedancji
Cz.as
Ll?.as nana
rastaniai PC I I / N
opadania
sygnalu
wciścit
na wcjściu
PCIIN
zas przclączania
200
100
80
Ir u z
ns
I rtz
ll0
95
5
l0
t5
4., l!
lts
ts
ItLu
trnt
lts
,łl = l00 kHz
sygnal sinusoidalny
50
I
0,3
500
20
5
l0
t5
t00
50
40
5
l0
l5
200
100
80
Dioda Zenera
Napięcie
sl a bilizacji
uz
V
Rezystancja
dynamiczna
rz
o
4,4s
5,5
40
6.
/z=50PA
Jz= I mA
R.> l0kn
f i s = l ( X }k Q ; Ł C o / N : I ' 5 v t 0 ' ] v
R s : l ( X lk A : V C O / N = 5 y 1 2 , 5 U
R s = 5 0 0k Q , P C O ' N : ? , 5V t 5 V
Komparatory fazy (PC I i PC II\
R crystancja
wcjściorva
PCIIN
ns
l{
Żtod|o s te t o w a n e S F
Napięcie
n l c z r o w n o w aż e n i a
(L],co tł _ U oty)
uzas propagacjl
PCIIN
ł J oP C I l o U T
trnL
E
7
jest pobieranyze źrodlastc
a 90 pA dla S/N : l0 dB. Sygnal wyjściowy
nego obciążonegorezystorent l00 kQ. Uklad ma wanocnienie ok. 250 m\
Uklad PLL może być wykorzystany do detekcji sygnałuz mod
amplitudy. Schemat funkcjonalny takiego detektora przędstawionyj.
I
rys. 3.155. Układ PLL generuje falę prostokątną o częstotliwości
częstotliwości
sygnałuodbieranego.Jako uklad mnoźącymożnawykol
uklad Ex.oR, wowczas między wyjściemYCo a wejściem
komparatora
w|ączycprzesuwnik fazy o rl2. Sygnal zdemodulowany uzyskujesię na v
filtru detekcyjnego.
7n{
Sygnoł FM
l o= l 0 k H z
L - - - - -- - -- - ---
- -+--.-\--
5 0 0p F
o5
R r s . . 1 . 1 5 . 1D.e m o d u l a t o r F l v l
Noslowniki
R y s . 3 . 1 5 6 .T r z y d c k a d o w y s y n ( c z c r m . c z
Rys.3.155.
l)emodulator AM
ukladu PLL w trzydekadowym syntezerzeczęPrzykład zast()sowarria
j
e
s
t
s t o t I i w o ś c i p r z e d s l a w i o r rnya r y s .3 . l 5 6 .M i ę d z y w y j ś c i e rVnC o a w e j ś c i e r n
ze stclpIlieIn
kompltratorafazy jes{ \1lączonynastawny<lzielnikczęstotliwości
p o c l z i a ł uN : 3 + 9 9 9 . D y s k r e t n o ścćz ę s t o t l i w o śjceis t r Ó w n a c z ę s t o t l i w o ś c i
s y g n a l u o d n i e s i e n i an a w e j ś c i u( l k l ' | z ) . A b y u n i k n ą c s y n c h r o n i z r r c jni a
c z ę s t o t I i w o ś c i :l t cl tIrtn t t l n i c z n y crhv. p ę t l i w y k o r z y s t a n ok o t l l p a l . ż t t tovrp t l I | .
e s tw y m a E , i l nsay g n a l i z a c j słt a n us y n c h r o r l r z a c j i
W r r i e k t o r y czha s t o s o w a n i a cj h
p ę t I i 'P r z y k l ł r ttJa k i e g <utk l a < l up r z e d s t a w i ar Y s ' . ] . l 5 7 .W p ę t l i d t l s t r o j o n cdj o
c z ę s t o t I i w o śl c0i k H z w 1 , k o r z y s t y w a nj ey s t k t l r n p a r a t o rl I .
206
Q,
1 . 0l 8
R y s . 3 . l 5 7 . U k l a d p ę t l i z s y g n a l i z a c j ą< l o s t r o j c n i a
f07
al.