Układy z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego

    UKŁADY Z FAZOWĄ PĘTLĄ  SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO   Liniowy model pętli fazowej   Wpływ transmitancji filtru na   właściwości śledzące pętli   Zasada działania. Model pętli fazowej   Procesy synchronizacji pętli PLL   Scalone pętle fazowe   Detektor fazy   Generatory przestrajane napięciem - VCO   Przykłady realizacji układu scalonego PLL        Układy  z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego, często  nazywane  pętlami fazowymi PLL (ang. phase - locked -  loop), znajdują bardzo szerokie zastosowanie we  współczesnej elektronice do synchronizacji,  podziału/powielania częstotliwości, pośredniej  demodulacji częstotliwości, przemiany częstotliwości  itp. Ciągle rosnący obszar licznych i różnorodnych  zastosowań pętli fazowej w układach przetwarzania  sygnałów analogowych i cyfrowych wiąże się z tym, że  parametry układów z pętlą PLL są na ogół  korzystniejsze niż parametry układów  konwencjonalnych.     FDP Detektor fazy VCO ( ) u t i ( ) ϕ i t ( ) u t D ( ) u t O ( ) u t g ( ) u t O ( ) ϕ g t [ ] rad [ ] V rad / [ ] V [ ] V V / [ ] V [ ] rad V / [ ] rad Schemat blokowy układu z fazową pętlą sprzężenia zwrotnego ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) [ ]  cos sin 0 0 t t U t u t t U t u g g g i i i ϕ ω ϕ ω + = + = ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) [ ]   0 0 t dt d t t dt d t g g i i ϕ ω ω ϕ ω ω + = + = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ]+ − = = t t U U k t u t u k t u g i g i m g i m D ϕ ϕ sin 2 1 ( ) ( ) [ ] t t U U k g i g i m ϕ ϕ ω + + + 0 2 sin 2 1 k m  - jest stała układu mnożącego     ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) [ ] ( )        = = − = b D b b D g i g i m D U t k t t U U k t u ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ sin u lub        sin sin 2 1 max D ( ) ( ) ( ) t t t g i b ϕ ϕ ϕ − = - błąd fazy g i m D U U k k 2 1 = - wzmocnienie detektora fazy ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( )  dt t h t k t h t k t h t u t u b t D b D D O           sin   sin   0 τ ϕ ϕ − = ∗ = ∗ = ∫ U D  max u D −  U D  max arctg k D − π ϕ b − π 2 π π 2 ω g ω

(…)

… na wzmacniaczu
operacyjnym i posiadający transmitancję
1
H4 ( s) =
sτ 1
jest szczególnym przypadkiem filtru o transmitancji H3 ( s) , dla τ 2 = 0 .
Na rysunku niżej przedstawiono charakterystyki częstotliwościowe:
amplitudowe i fazowe pętli otwartych dla trzech transmitancji filtrów:
H0 ( s) , H1( s) , H2 ( s) .
Pulsacja ω
C
wartość równą 1
przy której moduł transmitancji pętli otwartej osiąga
( G ( j ω ) = 1…
…
częstotliwości
zbliżone
składowa
wolnozmienna
0'
0
t
częstotliwości
oddalone
Napięcie uo(t) na wejściu generatora VCO pętli osiągającej stan synchronizacji
W stanie ustalonym napięcie uO ( t ) osiąga wartość wynikającą
charakterystyki przestrajania generatora i określone jest zależnością
UO =
∆ ω ω i0 − ω
=
kG
kG
z
0
Dopuszczalna początkowa różnica pulsacji ∆ ω nie może przekroczyć
zakresu trzymania pętli ∆ ω T…
… oznacza, że pulsacja
ω g ( t ) oddala się od wartości ω i 0 (rys.4.6). Jak widać na
rys.4.6, przebieg uO ( t ) w stanie nieustalonym jest
niesymetryczny względem osi czasu. Zawiera on
składową wolnozmienną (linia przerywana na rys.4.6),
która wymusza zbliżenie wartości średniej pulsacji ω g ( t )
do ω i 0 .
Z uwagi na konieczność eliminacji szumów wejściowych, w pętli
fazowej stosuje się filtry o paśmie…
… punktu pracy, dzięki czemu zapewniono:
1. Ograniczenie amplitudy generowanego napięcia, zabezpieczając przez to
wchodzenie tranzystorów w obszar triodowy, co mogłoby powodować wzrost
szumów fazowych.
2. Źródło prądowe zapewnia wysoką impedancję węzła dołączonego do rezonatora, a
przez to odsprzęga szynę zasilania lub masy od rezonatora. Źródło zasilające
może być włączone od strony szyny zasilającej…
…
)
ω
c
= K
ω
H0 ( s) = 1
ω
0
−π 2
b)
GO ( jω
)
R1
ω 1<< K
− 20dB dek
C
− 40dB dek
1
arg GO ( jω
)
ω
ω
1
K
c
ω
ω
0
ω1=
−π 2
∆ϕ ≈ 0
−π
c)
GO ( jω
H1 ( s) =
1
1+ s ω
1
1
R1C
R1
)
− 20dB dek
R2
− 40dB dek
C
− 20dB dek
1
arg GO ( jω
)
−π 2
−π
ω
0
1
ω
2
ω
c
K
ω
ω
∆ϕ ≈ − π 2
H 2 ( s) =
1+ s ω
1+ s ω
2
1
1
ω1=
( R1 + R2 ) C
1
ω2=
R2 C
Charakterystyki częstotliwościowe: amplitudowe i fazowe
otwartych pętli…
... zobacz całą notatkę