Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 6: Vòng khóa pha

Chia sẻ: Dinh Tuan | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

116
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Nhập môn điện tử - Chương 6: Vòng khóa pha" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Giới thiệu, bộ tách pha, bộ dao động điều khiển bằng điện áp, bộ lọc – Khuếch đại của vòng, nguyên lý hoạt động, các ứng dụng vòng khóa pha,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 6: Vòng khóa pha

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHƯƠNG 6 VÒNG KHÓA PHA (Phase Locked Loop pLL)
NỘI DUNG 1. Giới thiệu 2. Bộ tách pha 3. Bộ dao động điều khiển bằng điện áp 4. Bộ lọc – khuếch đại của vòng 5. Nguyên lý hoạt động 6. Các ứng dụng vòng khóa pha 7. Vòng khóa pha số 8. Mạch vòng khóa pha mạch tích hợp
1. Giới thiệu Phase Locked Loop PLL Vòng khoá pha/vòng giữ pha/vòng chốt pha là hÖ thèng vßng kÝn håi tiÕp, trong ®ã tÝn hiÖu håi tiÕp dïng ®Ó kho ¸ tÇn sè và pha cña tÝn hiÖu ra the o tÇn sè và pha tÝn hiÖu v ào . Ứng dông ®Çu tiªn cña PLL vào n¨m 1932 trong viÖc t¸ch sãng ®ång bé. Kü thuËt PLL ®ưîc øng dông réng r·i trong c¸c m¹ch läc, tæng hîp tÇn sè, ®iÒu chÕ và gi¶i ®iÒu chÕ, ®iÒu khiÓn tù ®éng, t¸ch ©m (Tone), gi¶i m· Stereo, tæng hîp tÇn sè. 
Sơ đồ khối của PLL
2. Bộ tách pha (Phase Detector) Bộ tách pha /bé so s¸nh pha: t¹o ra tÝn hiÖu phô thuéc vào hiÖu pha cña 2 tÝn hiÖu vào, tÝn hiÖu vào thưêng là h×nh sin hoÆc xung vu«ng. Cã ba lo¹i t¸ch sãng pha:  Bé t¸c h s ãng pha tư¬ng tù  Bé t¸c h s ãng pha s è  B ộ t¸c h s ãng pha lÊy mÉu
2. Bộ tách pha (Phase Detector) 1/ Bé t¸c h s ãng pha tư¬ng tù: cã tÝn hiÖu ra tû lÖ víi biªn ®é tÝn hiÖu vào, là t¸ch sãng pha tuyÕn tÝnh(tÝn hiÖu vào là sin). 2/ Bé t¸c h s ãng pha s è : cã tÝn hiÖu ra biÕn ®æi chËm phô thuéc ®é réng xung ngâ ra tøc là phô thuéc sai lÖch vÒ pha gi÷a hai tÝn hiÖu vào (tÝn hiÖu vào là xung vu«ng), thùc hiÖn bëi m¹ch sè EX-OR, RS Flip Flop v.v...
3. Bộ dao động điều khiển bằng điện áp VCO (Voltage controlled oscillator) ĐÆc tuyÕn truyÒn ®¹t fo(Vdk) tiªu biÓu cña VCO M¹ch VCO tiªu biÓu
3. Bộ dao động điều khiển bằng điện áp VCO (Voltage controlled oscillator) - Là m¹ch dao ®éng cã tÇn sè ®ưîc kiÓm so¸t b»ng ®iÖn ¸p . - Yªu cÇu chung cña m¹ch VCO là quan hÖ gi÷a ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Vdk(t) và tÇn sè ra fo(t) ph¶i tuyÕn tÝnh. - Ngoài ra m¹ch cßn cã ®é æn ®Þnh tÇn sè cao, d¶i biÕn ®æi cña tÇn số theo ®iÖn ¸p vào réng, ®¬n gi¶n, dÔ ®iÒu chØnh và thuËn lîi cho viÖc tæ hîp thành vi m¹ch (kh«ng cã ®iÖn c¶m). - Trong ph¹m vi tÇn sè : 1Mhz -100 Mhz, thưêng dïng c¸c bé dao ®éng t¹o xung ch÷nhËt; trong ph¹m vi tÇn sè: 1Mhz -50 Mhz, thưêng dïng c¸c bé dao ®éng ®a hài (tÝch tho¸t, m¹ch ®a hài ghÐp Emitter...). - C¸c bé dao ®éng ®ưîc ®iÒu khiÓn bëi dßng ®iÖn(CCO), ưu viÖt h¬n c¸c bé dao ®éng bëi ®iÖn ¸p (VCO), v×cã ph¹m vi tuyÕn tÝnh cña ®Æc tuyÕn truyÒn ®¹t réng h¬n.
4. Bộ lọc – khuếch đại của vòng * Thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng: +Cho qua tÝn hiÖu tÇn sè thÊp ωv-ω’r , nÐn tÇn sè cao ωv+ω’r +§¶m b¶o cho vòng kho¸ pha PLL b¾t nhanh và b¸m ®ưîc tÝn hiÖu vào khi tÇn sè thay ®æi, nghÜa là nã ph¶i cã tèc ®é ®¸p øng tho¶ m·n. +D¶i th«ng cña bé läc ph¶i ®ñ lín ®Ó ®¶m b¶o d¶i b¾t cÇn thiÕt. * LPF thưêng là m¹ch läc bËc 1, tuy nhiªn còng dïng bËc cao h¬n ®Ó triÖt thành phÇn AC theo yªu cÇu. LPF cã thÓ ë d¹ng m¹ch thô ®éng hay tÝch cùc.
4. Bộ lọc – khuếch đại của vòng -Ngâ ra bé t¸ch sãng pha gåm nhiÒu thành phÇn f0, fi, fi-f0, fi+f0, v.v... - Sau LPF chØ cßn thành phÇn tÇn sè rÊt thÊp (fi-f0) ®Õn bé khuÕch ®¹i ®Ó ®iÒu khiÓn tÇn sè VCO b¸m theo fi. Sau vài vßng ®iÒu khiÓn håi tiÕp PLL ®ưîc ®ång bé (khãa pha) fi=f0, tÇn sè ph¸ch (fi-f0)=0. - Vßng khãa pha ho¹t ®éng chÝnh x¸c khi tÇn sè vào fi, f0 thÊp kho¶ng vài tr¨m KHz trë l¹i.
5. Nguyên lý hoạt động Khi không có tín hiệu vào thì VCO dao động tự do với tần số riêng của nó là 0, điện áp điều khiển VCO là U’d=0 vì ở đầu ra của bộ tách sóng pha (tức là đầu vào của khối khuếch đạilọc thông thấp) không có điện áp Ud= Kd.Uv.U’r=0. Khi có tín hiệu vào mạch so pha sẽ so sánh pha của tín hiệu vào (tần số v) và pha của tín hiệu tại chỗ (tần số ’r lấy từ VCO qua bộ chia tần ’r= r/N). Mạch so pha có thể sử dụng mạch nhân analog để tách sóng pha (nếu tín hiệu là tương tự). Đầu ra của bộ so pha nhận được một tín hiệu Ud tỷ
5. Nguyên lý hoạt động Mạch lọc thông thấp lọai bỏ tần số tổng, lọc lấy tần số hiệu v ’r rồi khuếch đại lên để điều khiển VCO. VCO sẽ phải thay đổi tần số cho đến khi hiệu v ’r không, nghĩa là =0. Như vậy VCO luôn thay đổi tần số để bám theo tần số đầu vào. Nếu tần số của tín hiệu vào lệch quá xa tần số của tín hiệu so sánh làm cho tần số tổng và tần số hiệu lệch ra ngoài vùng thông của bộ lọc thì sẽ không có tín hiệu điều khiển.VCO sẽ dao động tự do với tần số 0. PLL không hoạt động.
5. Nguyên lý hoạt động  Khi cho v và ’r xích lại gần nhau sao cho hiệu của chúng lọt vào trong dải thông của bộ lọc thông thấp thì PLL bắt đầu hoạt động,  PLL làm việc trong “dải bắt”. “Dải bắt” quyết định b ởi d ải thông của lọc thông thấp, đó là dải tần số thiết lập được chế độ đồng bộ .  “Dải giữ“ là dải tần số mà PLL giữ được chế độ đồng bộ khi thay đổi tần số của tín hệu vào.Dải giữ không phụ thuộc vào lọc thông thấp mà phụ thuộc vào biên độ của điện áp điều khiển và khả năng thay đổi tần số của VCO. Dải giữ Dải bắt
6. Các ứng dụng vòng khóa pha a. Tách sóng tín hiệu điều tần Muốn dùng PLL để tách sóng tần số thì phải chọn tần số dao động tự do 0 của VCO trùng với tần số trung tâm của tín hiệu điều tần (tín hiệu trung tần). Như vậy khi tần số của VCO bấm theo tần số của tín hiệu điều tần ở đầu vào thì ở đầu ra của mạch lọc thông thấp khuếch đại nhận được tín hiệu U’d tỷ lệ với = v 0, đó chính là tín hiệu âm tần được tách ra.
6. Các ứng dụng vòng khóa pha b. Điều chế tần số: Để truyền các các tín hiệu số trên các đường điện thoại (trong các modem) hoặc để cất giữ các tín hiệu số, thường dùng các tín hiệu logic nhị phân 1 và 0 mã hoá theo hai tần số khác nhau (ví dụ “0” ứng với 950 Hz, “1” ứng với 1050 Hz ). Phương pháp này gọi là đảo tần số (FSKfrequency shift keying). PLL được kết cấu sao cho tần số 0 nằm giữa hai tần số đó, để nó bám theo một trong hai tần số đó.
6. Các ứng dụng vòng khóa pha Điện áp ra Ud sẽ có hai mức biểu thị tín hiệu nhị phân đã được tách sóng. Tín hiệu này sẽ được truyền đi hoặc được cất giữ dưới dạng số.
6. Các ứng dụng vòng khóa pha c. Tổ hợp tần số: Ứng dụng PLL để thực hiện tổ hợp tần số nhằm tạo ra một hệ các tần số rời rạc từ một tần số chuẩn (chủ sóng) có độ ổn định rất cao. i)Nhân với số nguyên: Chế độ đồng bộ, tần số VCO đem chia cho N để đồng bộ với dao động chuẩn fC.. Tần số này bám theo fC để có U’d=0. Đầu ra nhận được fra=NfC. TÊn sè chuÈn PLL fc TSP LTT&K§ VCO TÇn sè ra fra=Nfc CHIA t Çn fra/N H× nh. M¹ch nh© n tÇn sè ví i hÖsè nh© n N nguyªn
6. Các ứng dụng vòng khóa pha ii) Lấy ra tần số không phải là bội của tần số chuẩn : Để lấy ra tần số không phải là bội của tần số chuẩn fc sử dụng sơ đồ hình 7.26. Tần số chuẩn fc được đưa qua bộ chia tần chia thành fc/M. Tần số của dao động ra f0 qua mạch chia tần chia thành f0/N. Khi đồng bộ thì fC/M=f0/N nên tần số lấy ra là fra=f0= (N/M).fC fc / M fc VCO T¸ch Läc th«ng thÊp Chia tÇn OSC sãng pha vµkhuÕch ® ¹i fo N f r fC M f0 / N Chia tÇn :N H× nh: M¹ch tæng hî p tÇn sè ví i tÇn sè ra kh«ng lµ béi cña tÇn sè vµo
6. Các ứng dụng vòng khóa pha Bằng cách thay đổi N,M (chương trình hoá) có thể tạo ra một mạng tần số rời rạc có độ chính xác và ổn định như dao động chuẩn. iii) Đồng bộ hóa tần số: Với nguyên lý làm việc như trên đã phân tích có thể thấy mạch PLL hình dưới là mạch đồng bộ tần số fC và tần số của dao động VCO.
7. Vòng khóa pha số (xem phần mục 2 phần 2.Bộ tách sóng)