Post on 26-Jan-2022
1
Detekcja synchroniczna i PLL
Układ mnożący-detektor fazy !
VCC VCC
Detekcja synchroniczna
≠=
=21
211, 0
cos
ωωωωϕ
dla
dlaUU średniewy
Gdy na wejścia podamy przebiegi o różnych częstotliwościach U1cos(ω1t) i U2cos(ω2t+φ) oraz U2
ma dużą amplitudę to:
Gdy na wejścia podamy przebiegi o różnych częstotliwościach U1rec(ω1t) i U2rec(ω2t) to:
≠=−
=21
211, 0
)2/(
ωωωωπϕ
dla
dlaUU średniewy
2π
Uwy.średnie
2π
2
Mnożenie dwućwiartkowe
φ
2π
φ
Uwyj średnie
Mnożenie cztero-ćwiartkowe
φ
2π
φ
Uwyj średnie
+1
-1
Mnożenie cyfrowe
1
23
A
ExOR (albo)
2π
φ
φ
Uwyj średnie
3
Detekcja synchroniczna
)cos( tA ω(+)
R
C
AU średniewy ∝;
VCC VCC
Detekcja synchroniczna
Obiekt fizyczny
Układ mnożący == detektor synchroniczny
R
C
Informacja o reakcji obiektu na wymuszenie
Obiekt fizyczny
Filtr B~1/RC
RC rzędu 10s => B rzędu 0.1Hz
Przesuwnik fazy
Detekcja synchroniczna
• Detekcja synchroniczna
• Detekcja homodynowa
• Lock-in amplifier
4
Lock-in amplifierprzykład
Detekcja synchroniczna gdy φ≠0Detektor kwadraturowy lub I&Q
)cos( tA ω
)cos(ϕAI =
AU średniewy ∝.
Obiekt fizyczny
+90o
(+)
(.)2
(.)2
(+ φ)
)sin(ϕAQ =
∗
Detektor synchroniczny scalonynp. NE612 lub NE602
(może być mieszaczem)
5
Detektor synchroniczny scalonynp. AD630
Modulacja DSB-S.C. !!!
Pętla synchronizacji fazowejPLL (Phase Locked-Loop)
( )ϕω += ttAUwej )(sin
Służy do synchronizacji przebiegów
-tzn. na wyj ściu uzyskuje si ę sygnał o „dokładnie” tej samej cz ęstotliwo ści, co sygnał wej ściowy i tej samej fazie (z dokładno ścią do stałej)
PLL
( )0)(sin ϕϕω ++= ttAU wyj
PLL
• Synchronizuje się do częstotliwości podstawowej lub harmonicznych
• Może utrzymywać częstotliwość przy zanikach sygnału wejściowego (filtr całkujący)
• Sygnał wejściowy może być mocno zaszumiony lub zakłócany (fazowo lub amplitudowo)
• Z szumu wyławia jeden sygnał (ma charakter filtru selektywnego)
6
PLL – schemat blokowy
wyweu ϕϕϕ −∝
Det. fazy
kd[V/rad]
Filtr
H(s)[V/V]
VCO
kf[rad/Vs]fu
Φin(s)
Φout(s)
„Sygnały fazy”
( )
( ))()(
)(sin
)()(
)(sin
st
ttAU
st
ttAU
outout
outout
inin
inin
ΦΦΦ+=
ΦΦΦ+=
f
f
ω
ω
Całkujący charakter VCO
( ) ( )
( )
)()(
)()()(
)()(
"")()(
)()(
)(sin)(sin
0
0
0
0
0
0
0
sUs
kt
dttuktdttukt
tukdt
td
potrzebyztukt
definicjizdt
tdt
tAttA
f
t
f
t
f
f
f
fϕ
ωω
ω
ωω
ω
ϕω
∫∫ +=+=Φ
+=Φ
+≡
Φ≡
Φ=+
W przekształceniu Laplace’s całkowaniu odpowiada
dzieleniu przez s
7
PLL – schemat blokowy
wyweu ϕϕϕ −∝
( )( ) s
ksHk
s
ssG f
din
outotw )()( =
ΦΦ≡
Det. fazy
kd[V/rad]
Filtr
H(s)[V/V]
VCO
kf[rad/Vs]fu
Φin(s) Φout(s)
Typ układu PLL
))(()(
)()(swielomians
sliczniksH
s
kksG
typ
fd
in
outotw ==
ΦΦ≡
Typ = krotność zerowego bieguna transmitancji otwartej pętli
PLL – schemat blokowy
wyweu ϕϕϕ −∝
Det. fazy
kd[V/rad]
Filtr
H(s)[V/V]
VCO
kg[rad/Vs]fu
Φin(s) Φout(s)
)()(
)()(
)(
)()(
sresztas
sLicznik
sMianownik
sLicznik
sHkks
sHkksG rzad
gd
gd
in
outzam +
==+
=ΦΦ≡
Rząd układu =
rząd mianownika funkcji transmitancji układu z zamkniętą pętlą
8
Detektory fazyukład próbkująco - pamiętający
WYWE
St
)cos(0 ϕπ
wewyŚy
UU =
2π
φ
Detektory fazybramka EXOR
1
23
A
ExOR (albo)
2π
φ
Detektory fazyklucz (układ mnożący)
)cos(0 ϕπ
wewyŚy
UU =
)sin(0 tUU wewe ω=WYWE
St
φ
2
π
9
Detektory fazyklucz (układ mnożący)
2/0. ϕweśredniewy UU =
WYWE
St
φ
Detektory fazyukład mnożący
VCC
)sin(0 tUU wewe ω=
φ
φ2π
Uwy.średnie
Gdy φ=0
Detektor podwójnie zrównoważonyDouble-balanced mixer
VCC VCC
10
Detektory fazy i częstotliwości z przerzutników D
Detektory fazy i częstotliwości z przerzutników D
Generatory VCO- integrator przerzutnik
11
Generatory VCO- ze sprzężeniem emiterowym
CUI
fBE4
=
Bezpośrednia modulacja częstotliwościVCO- Voltage Controlled Oscillator
VCC
))((
1
2
1
0 tmfV
u
CC
LC
o
+Ω=Ω
−=
=Ωπ
Funkcja mocno nieliniowa !!!!!
PLL = filtr
CsRR
CsRsH
)(11
)(21
2
+++=
C
R1
R2
CR2
R1 CsR
CsRsH
1
21)(
+=
12
PLL funkcja przenoszenia układu z pętlą otwartą
s
kk
CsRR
CsRsG fd
otw ⋅++
+=)(1
1)(
21
2
C
R1
R2
CR2
R1s
kk
CsR
CsRsG fg
otw ⋅+=1
21)(
Typ pierwszy
Typ drugi
PLL funkcja przenoszenia układu z pętlą zamkniętą
+=+
=K
KKnn
2
22
121
;τωξ
ττω
22
2
2
2)(
nn
nn
n
zam ss
sK
sGωξω
ωωξω
++
+
−=
fd kkKCRCR === 2211 ττ
C
R1
R2
Rząd drugi
Pulsacja swobodna i stała tłumienie drugi
nL ξωω 2=∆
28nnC K ωξω
πω −=∆
( )2
2
2 nCt ξω
ω∆=
PLL funkcja przenoszenia układu z pętlą zamkniętą
1
2
1 2;
ττξ
τω KK
n ==
22
2
22
)(nn
nnzam ss
ssG
ωξωωξω++
+=
fd kkKCRCR === 2211 ττCR2
R1
Rząd drugi
Pulsacja swobodna i stała tłumienie drugi
nL ξωω 2=∆
28nnC K ωξω
πω −=∆
( )2
2
2 nCt ξω
ω∆=
13
PLL - reakcja na sygnał wejściowy
dt
tdt
st
ssGs
out
outout
inzamout
)()(
)()(
)()()(
Φ=
ΦΦΦ=Φ
ω
f
Skokowa zmiana fazy(np.. PSK impulsowa modulacja fazy)
Skokowa zmiana częstotliwości(np. FSK impulsowa modulacja
częstotliwości)
Liniowa zmiana częstotliwości(np. modulacja „chirp”)
ϕ∆=Φ )(tin ssin
ϕ∆=Φ )(
ttin ω∆=Φ )( 2)(
ssin
ω∆=Φ
2)( ttin ω∆=Φ3
)(s
Vsin =Φ
PLL zakresy chwytania i trzymania
TCL ωωω <<
tu kG =kf
uf
PLL proces synchronizacji
kf k
uω∆=
uf
tC
14
PLL zastosowania
• Demodulacja AM
• Detekcja synchroniczna
• Modulatory i demodulatory FM i PM
• Synteza częstotliwości
• Synchronizacja systemów telekomunikacyjnych
Pętle scalone4046
4046 detektor fazy I
15
4046 komparator fazy II
4046 charakterystyka
Charakterystyka Detektor I (efor) Detektor II
Brak sygnału na wej ściu f wyj=f0 fwyj=fmin
Przesuni ęcie fazy we/wy 90deg dla f 00 do 180 na granicach 2f T
0deg
Syn. Do harmonicznych synchronizuje Nie synchronizuje
Odporno ść na szum duza mała
2fT (trzymanie) fmax - fmin
2fC (chwytanie) f C < fT (zależy od filtru) f C= fT
Detektor FM
ktuftf
ftmftf
ftmftf
out
out
in
⋅+=∆⋅+=
∆⋅+=
)()(
)()(
)()(
0
0
0
Det. fazy Filtr VCO
fin(t) fout(t)
)()( tmk
ftu
∆=
)()( tmkf
tu∆=
16
4046 zastosowaniedemodulator FM
Detektor synchroniczny AM
Det. fazy Filtr VCOfin
fout
VCC VCC
4046 zastosowaniedemodulator AM
19
Synteza częstotliwości
n
f
k
f outin =
Det. fazy Filtr VCO:k
:n
fin
foutfin/k
fout/n
inout fk
nf =
ADF4360-7(350-1800MHz)
ADF4360-7(350-1800MHz)
20
ADF4360-7generator 500MHz
Podsumowanie detekcja synchroniczna i PLL
• Zasada detekcji synchronicznej
• Detektor podwójnie zrównoważony
• Detektor kwadraturowy
• Zasada działania PLL
• Przykłady bloków funkcjonalnych (detektor fazy, VCO, filtr)
• Zastosowania (detektor AM, detektor FM i PM, synteza częstotliwości)