Фазовый детектор для PLL: работа и реализация

У меня есть некоторые сомнения по поводу реализации и работы фазового детектора для PLL. Мой справочник — «Проектирование КМОП-радиочастотных интегральных схем» (Томас Х. Ли).

Базовая схема PLL такова:введите описание изображения здесь

Его цель состоит в том, чтобы генерировать сигнал, который имеет ту же частоту и, точнее, ту же мгновенную фазу, что и опорный входной сигнал.

Детектор фазы определяется как компонент, выходной сигнал которого представляет собой сигнал, амплитуда которого пропорциональна разности фаз его входных сигналов. Самый простой способ реализовать это — использовать аналоговый умножитель, то есть микшер:

введите описание изображения здесь

где   С я ( т ) и   С ф ( т ) являются входным и выходным сигналом PLL, оба подаются на входные клеммы фазового детектора.

Выход смесителя содержит член, пропорциональный с о с ( ф ) и термин, который содержит ю , а последний удаляется через фильтр (на схеме не показан), чтобы получить только сигнал, пропорциональный косинусу разности фаз.

Теперь у меня есть следующие вопросы :

1) В книге говорится, что лучшим выбором является реализация PLL, которая выполняет условие блокировки с разностью фаз, равной ф "=" 90 ° чтобы максимизировать усиление фазового детектора, выражение которого:

введите описание изображения здесь

Но как я могу решить, при каком угле PLL стабилизируется и выполняет блокировку? Я думаю, что в теории предыдущий PLL может генерировать выходной сигнал с любым значением разности фаз относительно входного сигнала, и я не понимаю, как мы можем это решить: это кажется случайным числом. По сути, следующий каскад представляет собой ГУН, частота выходного сигнала которого пропорциональна приложенному к нему сигналу напряжения.

Поэтому достаточно, чтобы выход фазового детектора был постоянным, чтобы иметь стабильную частоту колебаний ГУН. Итак, мне кажется, что петля может стабилизироваться при любом случайном значении разности фаз: важно лишь то, что она должна быть постоянной во времени.

2) В моей книге предлагаются другие типы фазовых детекторов для ситуации, когда один из входных сигналов представляет собой прямоугольную волну (а другой — синусоидальную волну).

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Я не понимаю, является ли прямоугольная волна аппроксимацией синусоиды (и в этом случае я не понимаю, почему аппроксимировать только 1 из них в этой волне) или правильно выбрана прямоугольная волна (и в этом случае Я не понимаю, в каком смысле PLL может синхронизировать его с другой синусоидой, так как это разные формы сигналов).

Ответы (3)

PSD, за которым следует ГУН, может сформировать ФАПЧ, если выходное напряжение PSD может обеспечить правильное напряжение настройки для ГУН. Эта PLL будет стабильной и будет иметь полосу пропускания, определяемую коэффициентом усиления в контуре. Тем не менее, мы неизменно добавляем петлевой фильтр к PLL, чтобы сделать его «лучше», лучше следовать опорной фазе и лучше подавлять опорный высокочастотный шум.

Если бы мы хотели сделать некоторые предположения относительно диаграммы, которую вы представили, то PSD будет колебаться +/- по отношению к земле, составляя 0 В для фазового сдвига 90 градусов, а вход настройки ГУН будет 0 В для номинально правильной частоты, так что результирующий PLL действительно зафиксировался бы на 0v = 90 градусов.

Функция преобразования частоты в фазу ГУН имеет первый порядок. То есть усиление петли падает всего на 6 дБ на октаву частоты модуляции. Этого редко бывает достаточно, чтобы сделать «полезный» цикл. Контурный фильтр добавляется к любой практической системе ФАПЧ, чтобы улучшить ее свойства отслеживания и подавления.

Обратите внимание, что петлевой фильтр НЕ контролирует полосу пропускания петли, это делается за счет усиления вокруг петли. Однако многие учебные пособия и кулинарные книги по этому вопросу предполагают определенную форму для петлевого фильтра, а затем объединяют несколько вычислений, разрушая интуицию. и сделать дизайн PLL похожим на черное искусство.

Чтобы улучшить отслеживание, добавьте в цикл интегратор. Простой интегратор имеет 90-градусный фазовый сдвиг, который добавляется к 90-градусному сдвигу ГУН, плюс любая задержка в любом месте, и результирующая петля гарантированно нестабильна. ТАКИМ ОБРАЗОМ, это должен быть «сломанный» интегратор, сломанный до того, как полоса пропускания контура уменьшит его фазовый сдвиг до <<90 градусов.

Чтобы улучшить подавление высокочастотного шума, добавьте в контур фильтр нижних частот. LPF имеет фазовый сдвиг до 90 градусов на полюс, поэтому, если частота обрыва установлена ​​слишком низкой, это сделает контур нестабильным.

  1. ....как я могу решить, при каком угле стабилизируется PLL?
  • Есть два типа смесителей;
    • Цифровые детекторы фронтов (фаза/частота типа II) всегда «синхронизированы» (0 градусов), могут захватывать с любой ошибкой частоты, но имеют больше джиттера на фронтах, объединяющихся для создания часов.
    • все остальные (аналоговые умножители, диодный сбалансированный мост, логика XOR и т. д. находятся в «квадратуре» (смещение 90 градусов) (где одна из четырех фаз определяется конструкцией cct)

Так что я думаю, вы уже поняли, что вы научитесь использовать 2)
Изучите сначала "все остальное" (Поисковик ;)

  1. ... (является) прямоугольной волной приближением синусоидальной волны

  • назначение фазового детектора или «микшера» для создания напряжения ошибки на основе фазы независимо от входных сигналов синусоидальной или прямоугольной амплитуды .

    • Смеситель умножает фазу в этой временной области, в то время как в частотной области он производит сумму и разность частот.

    • оба сигнала имеют одинаковый тип (sin или Sq.) в микшере в зависимости от конструкции микшера.

    • прямоугольная волна имеет синусоидальную волну и все нечетные октавы основного синуса.

    • например, линия электропередачи 60 синусоидальный вход диодный мост можно рассматривать как «смеситель», производящий разностную частоту (постоянный ток хранится в конденсаторах), и все эти гармоники 120 Гц, 180 Гц и т. д. представляют собой пульсации, которые выглядят как затухающие импульсы.

    • этот DC управляет VFO, как генератор FM, чтобы создать синус или квадрат по мере необходимости (многие типы)

Отвечая на ваш первый вопрос, в типичной PLL, состоящей из дискретных частей, за фазовым детектором следует петлевой фильтр. Если петлевой фильтр содержит интегратор, то петля стабилизируется на такой фазе, что средний выход фазового компаратора равен нулю.

Я не могу говорить о практике интегральных схем - наличие интегратора в петлевом фильтре означало бы либо внутренний (следовательно, БОЛЬШОЙ) конденсатор, либо внешний конденсатор с его дополнительными соединениями и усложнениями схемы.

В ответ на ваш второй вопрос я предлагаю вам написать выражение для синусоиды, умноженной на прямоугольную волну с той же частотой и с некоторым произвольным смещением по времени, и вычислить его среднее значение. Вы должны увидеть, что у него есть постоянная составляющая, равная синусу этого временного смещения.

Фазовый детектор для PLL: работа и реализация
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v