Co je to fázově uzamčená smyčka (PLL)?

Co je to fázově uzamčená smyčka (PLL)?

Co je to fázově uzamčená smyčka (PLL)?

Fázově uzavřená smyčka (PLL) je elektronický obvod s napěťovým nebo napěťovým oscilátorem, který se neustále přizpůsobuje frekvenci vstupního signálu. PLL se používají ke generování, stabilizaci, modulovat, demodulovat, filtrovat nebo obnovit signál z „hlučného“ komunikačního kanálu, kde byla data přerušena.

PLL jsou široce používány v bezdrátový nebo vysokofrekvenční frekvence (RF) aplikace, včetně směrovačů Wi-Fi, vysílacích rádií, vysílaček, televizorů a mobilních telefonů.

Nejjednodušší je fázově uzamčená smyčka řídicí obvod zpětnovazební zpětné vazby, který je obojí frekvence– a fáze-citlivý. PLL není jediná komponenta, ale systém, který se skládá z analogových i digitálních komponent – vzájemně propojenýchnegativní zpětná vazba“Konfigurace. Zvažte to analogicky s propracovaným operačním zesilovačem zesilovač obvod.

K čemu se používá smyčka fázového závěsu?

Hlavním cílem PLL je synchronizace výstupu oscilátor signál s referenčním signálem. I když mají oba signály stejnou frekvenci, jejich vrcholy a koryta se nemusí vyskytovat na stejném místě. Jednoduše řečeno, nedosahují stejného bodu na křivka ve stejnou dobu.

Známý jako fázový rozdíl, to se měří jako úhel mezi signály. U signálů s různými frekvencemi se fázový rozdíl mezi nimi bude vždy lišit, což znamená, že jeden signál bude v různé míře zaostávat nebo vést druhý.

Ilustrovaný fázový rozdíl
Během fázového rozdílu se přední fáze týká vlny, která se vyskytuje „před“ jinou vlnou stejné frekvence, zatímco zaostávající fáze označuje vlny, které se vyskytují „za“ jinou frekvencí stejné frekvence.

PLL snižuje fázové chyby mezi výstupními a vstupními frekvencemi. Když je fázový rozdíl mezi těmito signály nulový, systém se říká „uzamčen“. A tato blokovací akce závisí na schopnosti PLL poskytovat negativní zpětnou vazbu – tj. Směrovat výstupní signál zpět do fázového detektoru.

Kromě synchronizace výstupních a vstupních frekvencí PLL také pomáhá vytvořit fázový vztah vstup-výstup pro generování příslušného řídicího napětí. Proto pomáhá dosáhnout oba kmitočtový a fázový zámek v obvodu.

Klíčové komponenty fázově uzavřené smyčky

PLL se skládá ze tří klíčových složek:

  • Fázový detektor (také známý jako fázový komparátor nebo směšovač). Porovnává fáze dvou signálů a generuje napětí podle fázového rozdílu. Násobí referenční vstup a napěťově řízený výstup oscilátoru.
  • Napěťově řízený oscilátor. Generuje sinusový signál, jehož frekvence se velmi podobá střední frekvenci poskytované dolnoprůchodovým filtrem.
  • Nízkoprůchodový filtr. Druh smyčkový filtr který tlumí vysokofrekvenční střídavý proud (AC) složka vstupního signálu pro vyhlazení a zploštění signálu, aby byl více stejnosměrný.

Zde funguje fázový detektor jako analogový násobitel, napěťově řízený oscilátor jako a získat blok, a dolní propust jako a zpoždění blok.

Společně fázově uzavřená smyčka, napěťově řízený oscilátor, odkaz oscilátor a fázový komparátor obsahovat a frekvenční syntezátor – elektronický systém, který produkuje rozsah frekvencí z jednoho pevného oscilátoru. Bezdrátová zařízení, která používají tento typ řízení frekvence, jsou označována jako frekvenčně syntetizovaná.

Mezi další frekvenčně syntetizovaná zařízení patří:

  • mobilní telefony
  • satelitní přijímače
  • GPS systémy

Základní mechanismus PLL funguje na základě fázového rozdílu mezi dvěma signály. Detekuje tento rozdíl a poskytuje mechanismus zpětné vazby k úpravě frekvence oscilátoru řízeného napětím.

PLL porovnává napěťově řízený signál oscilátoru se vstupním / referenčním signálem. Protože PLL je frekvenčně i fázově citlivý, dokáže detekovat jak frekvenční, tak fázové rozdíly mezi těmito dvěma signály.

Generuje chybový signál, který odpovídá fázovému rozdílu mezi signály. Tento rozdíl se předává dolnoprůchodovému filtru, který odstraňuje jakékoli vysokofrekvenční prvky a filtruje chybový signál na měnící se stejnosměrný proud (DC) úroveň. Tento „zpětnovazební signál“ se poté přivede zpět do napěťově řízeného oscilátoru za účelem řízení jeho frekvence.

Schéma fázově uzavřené smyčky
Zjednodušený pohled na to, jak fázově uzavřená smyčka neustále pracuje na přizpůsobení napětí tak, aby odpovídalo frekvenci vstupního signálu.

Pro začátek bude tato smyčka mimo zámek. Chybový signál vytáhne kmitočet oscilátoru řízeného napětím směrem k referenční frekvenci a bude v tom pokračovat, dokud nebude schopen chybu dále snížit. V jednom bodě se však fázový rozdíl mezi těmito dvěma signály stane nulovým (tj. Oba budou mít přesně stejnou frekvenci).

To je situace, kdy se o smyčce říká, že je uzamčena, a vytváří se chybové napětí v ustáleném stavu.

Běžné aplikace fázově uzavřené smyčky

PLL se používají v desítkách aplikací; mezi nimi jsou:

  • telekomunikační systémy
  • počítače
  • rádio
  • jiné elektronické systémy

Smyčky fázového závěsu se často používají v bezdrátový komunikace, primárně pro kmitočtovou modulaci (FM) přenosy, kde umožňují demodulovat vysoce kvalitní zvuk ze signálu FM. Používají se také pro přenosy fázovou modulací (PM).

Tři druhy vlnové modulace: fáze, frekvence a amplituda
Tyto tři typy vlnové modulace, což je převod dat na rádiové vlny přidáním informací k signálu.

Nepřímé frekvenční syntezátory jsou další důležitou aplikací PLL. Dvě další klíčové aplikace PLL jsou:

  • Distribuce načasování. Distribuovat přesně načasované hodinové impulsy v digitálních logických obvodech (např. V mikroprocesor systémy).
  • Obnova signálu. Poskytnout „čistý“ signál a zapamatovat si frekvenci v případě přerušení (např. Při použití pulzní přenosy).

Digitální datové přenosy používají smyčky fázového závěsu častěji než analogový přenosy. Jsou také běžněji vyráběny jako integrované obvody, i když diskrétní obvodů se používají pro mikrovlnná trouba zpracování signálu.

Share

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *