PLL

1
PLL
Phase Locked Loop Fazno zatvorena petlja
2
Šta je PLL ?

• Sistem sa zatvorenom negativnom povratnom spregom
  koji se sastoji od
• Naponski kontrolisanog oscilatora VCO
• Niskopropusnog filtra
• Faznog detektora
• Moguce je dodati djelitelje ucestanosti,
  indikator zahvatanja (lock indicator), itd.

3
Blok šema najprostijeg PLL kola
Fazni detektor daje faznu razliku ulaznog signala
i VCO signala. Ta razlika je u digitalnom obliku
i zato se propušta kroz niskopropusni filter radi
usrednjavanja. Karakteristike filtra su
najvažnije u PLL-u.
4
Primjena PLL-a

• Uskopojasno samopodesivo filtriranje signala
  uklanjanje šuma ili podrhtavanja (jitter)
• Sintetizovanje ucestanosti
• FM i ?? modulatori i demodulatori sa kvarcno
  stabilnom osnovom (FSK, BPSK, QPSK)
• Regeneracija takta i podataka u serijskoj
  komunikaciji
• Sinhroni AM i QAM demodulatori
• Tondekoderi, DTMF dekoderi
• Upravljanje brzinom motora
• ...

5
CMOSPLLKOLOCD4046
6
Osnovni nacin povezivanja PLL CMOS kola 4046
7
Talasni oblici kod faznog detektora sa eks.ILI
kapijom
8
Dijagram stanja (eksk. ILI) faznog detektora 1 u
kolu 4046
9
Talasni oblici na ulazima i izlazu faznog
detektora 1
10
Karakteristika faznog detektora 1 (sa eks.ILI
kolom) je periodicna
11
Zavisnost fosc(fin) u ustaljenom režimu rada
12
Dijagram stanja (PFD) faznog detektora 2 u kolu
4046
13
Talasni oblici na ulazima i izlazu faznog
detektora 2
14
Osnovne karakteristike PLL-a

• Centralna VCO ucestanost fO
• Frekvencijski opseg zahvatanja fC
• Frekvencijski opseg držanja fH
• Stabilnost PLL-a
• Brzina zahvatanja
• Zahvatanje na harmonike

15
Poredenje Fazni detektor 1
Fazni detektor 2
16
Opšta šema savremenog primopredajnika
17
VCO za visoke ucestanosti 800 do 2000MHz (L band)
18
PFD Phase Frequency DetectorFazni
Frekvencijski Detektor
Najveci broj ASIC cipova ima ovakav fazni
detektor. On ima 3 režima rada detekcija
frekvencije, detekcija faze i fazno pracenje.
19
Klasicni N puta umnožavac ucestanosti (Integer
N-PLL)
FVCONFr Glavni izvor šuma je u faznom
detektoru, tako da se sa povecanjem N, fazni šum
proporcionalno uvecava (N puta)
20
Najnovija PLL tehnika djeljenja sa ostatkom
(Fractional N-PLL)
U toku rada djelitelj ucestanosti mijenja
vrijednost sa P na P1. Donji brojac ukljucuje A
puta modul dijeljenja P i M-A puta modul
djeljenja P1. Srednja vrijednost odnosa
djeljenja je N ( PA (P1)(M-A) )/M
PA/M Racionalno N omogucava sintetizovanje
frekvencija sa manjim korakom kanala uz rad
faznog detektora na znatno vecim ucestanostima.
21
PLL stereo dekoder TEA5581 (Philips)
22
Detektor tona (tone decoder) 567
Gornji fazni detektor je u funkciji fazno
zatvorene petlje (PLL). Donji fazni detektor ima
ulogu detektora zahvatanja (lock indicator). VCO
daje signale za oba fazna detektora, ali fazno
pomjerene za 90o. Zahvaljujuci tome, donji fazni
detektor prima oba signala u fazi i daje
minimalan izlazni napon, t.j ukljucuje potrošac
RL.
23
Izlazi kod tonskog dekodera 567
24
Izlazni napon na nožici 2 zavisi od amplitude
ulaznog pobudnog napona
25
Tonsko komandovanje uredajima preko elektricne
mreže
26
Dvotonska komanda daje vecu sigurnost u radu
Vjerovatnoca lažne komande je znatno manja kod
dvotonskog signala nego kod jednotonskog. Zato se
i u telekomu signal biranja zasniva na dvotonskom
signalu (DTMF Dual Tone Multi Frequency).
27
Oscilator sa kvadraturnim izlazima
Pošto nema ulaznog signala, oba fazna detektora
prosto prosleduju signale sa oscilatora na svoje
izlaze, a ti signali su fazno pomjereni na
cetvrtinu periode.
28
Oscilator sa duplom ucestanošcu
VCO daje na svom izlazu (nožica 5) ucestanost fo.
Taj signal je doveden na ulaz ton-dekodera
(nožica 3) i stiže do drugog faznog detektora. Na
drugi ulaz tog faznog detektora spojen je
kvadraturno (za 90o) pomjeren drugi izlaz iz
oscilatora. Ova dva signala na ekskluzivno ILI
faznom detektoru prave signal dva puta vece
ucestanosti.
29
Tri najcešce verzije digitalne fazne modulacije
30
BPSK modulator
Množac se realizuje prostim ekskluzivno ILI
kolom. Ulazni signal svojom logickom nulom
propušta signal nosioca nepromjenjeno na izlaz.
Medutim, logicka jedinica invertuje signal
nosioca i to se na izlazu vidi kao fazno obrtanje
za 180o.
31
BPSK demodulator

• BPSK demodulacija se sastoji od 3 koraka
• Regenerisanje nosece ucestanosti (koja je
  potisnuta),
• Množenje ulaznog signala sa regenerisanim
  nosiocem i
• Filtriranje dobijenog proizvoda

32
Konvencionalna Costas petlja za regeneraciju
potisnutog BPSK nosioca
Costas petlja obavlja oboje regeneraciju
potisnutog nosioca i sinhronu detekciju
digitalnog podatka. Gornja petlja radi kao
tipicna PLL koja prati ulazni signal, dok donja
petlja radi kao detektor zahvatanja (lock
indicator).
33
Varijanta Costas petlje sa limiterom
Zovu je i petlja sa polaritetom (polarity loop).
Donji fazni detektor, osim što detektuje
digitalne podatke, ujedno preko desnog množaca
obrce fazu gornjoj petlji kada prepozna da je
došlo do obrtanja faze ulaznog signala. Na taj
nacin, gornja petlja ne mora da se iznova zahvata
svaki put kada se obrne faza ulaznog signala, vec
ga lako prati.
34
(No Transcript)
35
(No Transcript)
36
Paralelni i serijski prenos podataka
Kod paralelnog prenosa istovremeno se prenosi
više bitova zasebnim kablovima. Za serijski
prenos je potrebno da se prvo bitovi slože u red
i zatim šalju jedan po jedan. Paralelni prenos je
pogodan samo za mala rastojanja.
Najpoznatiji standardi serijskog prenosa su
RS232, RS485, RS644, IEEE802 (Ethernet), IEEE1394
(Firewire), USB, Serial ATA. Serijski prenos se
sve više koristi i za mala rastojanja, unutar
uredaja, na istoj štampanoj ploci (Rambus), pa
cak i unutar istog cipa.
37
Prednosti serijskog prenosa

• Manji broj žica u kablu
• Nema problema preslušavanja, jer se prenosi samo
  jedan signal
• Manje smetnje, emitovanje itd, jer se
  diferencijalni prenos lako implementira
• Ne postoji problem nejednakog kašnjenja bitova
• Lako podešavanje brzine prenosa i prilagodavanje
  dužini kabla
• Ušteda na prostoru.

38
Prenos signala preko jedne linije sa
terminiranjem na kraju linije
Pogodan je samo za mala rastojanja. Velika
osjetljivost na smetnje. Razlika potencijala masa
na prijemnoj i predajnoj strani prenosi se
direktno u signal. Zbog nesimetrije kabla,
radio-emitovanje signala je znacajno, kao i
prijem radio-smetnji. Koaksijalni kabl poželjan,
ali skup.
39
Diferencijalni prenos signala- preko dvije
linije -
Koristi se jeftini kabl sa upredenom paricom.
Znatno manja osjetljivost na smetnje i
radio-emitovanje. Zato je moguce ici sa nižim
naponima do 0.3V (npr. LVDS). U odnosu na prenos
jednom linijom, diferencijalni prenos postiže10
puta veca rastojanja.
40
Kodiranje 8b10b
U savremenim sistemima serijskog prenosa koristi
se kodiranje 8b10b kojim se na svakih 8 korisnih
bitova dodaju još 2 bita. Nula se prenosi kao
promjena log. nivoa, a jedinica kao zadržavanje
nivoa. Kodiranjem 8b10b se garantuje bar jedna
promjena na 5 bitova i jednak broj visokih i
niskih nivoa, cime se eliminiše jednosmjerna
komponenta signala. Ujedno se dobija 12 ekstra
kodova koji služe za razne komande i dijagnostiku.
41
Rambus
42
Literatura

• Intro to the Phase Locked Loop Purdue
  University EET 257 Power RF Electronics
• Experiment 4 - CMOS 4046 Phase-Locked Loop
  1997, Dragan Maksimovic, Department of Electrical
  and Computer Engineering University of Colorado,
  Boulder
• CD4046 Micropower Phase-Locked Loop, March 2002,
  Fairchild Semiconductor
• NE567/SE567 Tone decoder/phase-locked loop, 2002
  Sep 25, Philips
• Fractional/Integer-N PLL Basics - Technical Brief
  SWRA029 Edited by Curtis Barrett Texas
  Instruments
• PSK Demodulation - J. Mark Steber Tech-note
  The Communications Edge