Chương 6 Điện tử thông tin

Chương 6
Vòng khoá pha PLL
trong đIện tử thông tin
6.1 tổng quan về Vòng khoá pha (Phase Locked Loop - PLL)
Vòng khoá pha PLL là hệ thống vòng kín hồi tiếp, trong đó tín hiệu hồi tiếp dùng để khoá tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha tín hiệu vào. Tín hiệu vào có thể có dạng tương tự hình sine hoặc dạng số. dụng đầu tiên của PLL vào năm 1932 trong việc tách sóng đồng bộ. Ngày nay, nhờ công nghệ tích hợp cao làm cho PLL có kích thước nhỏ, độ tin cậy cao, giá thành rẻ, dễ sử dụng. thuật PLL được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, tổng hợp tần số, điều chế và giải điều chế, điều khiển tự động v.v... Có hàng chục kiểu vi mạch PLL khác nhau, một số được chế tạo phổ thông đa dạng, một số được ứng dụng đặc biệt như tách âm (Tone), giải mã Stereo, tổng hợp tần số. Trước đây đa phần PLL bao gồm cả mạch số lẫn tương tự. Hiện nay PLL số trở nên phổ biến.
6.2 Sơ đồ khối









+ Tách sóng pha: so sánh pha giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra của VCO để tạo ra tín hiệu sai lệch Vd(t)
+ Lọc thông thấp: lọc gợn của điện áp Vd(t) để trở thành điện áp biến đổi chậm và đưa vào mạch khuếch đại một chiều
+ Khuếch đại một chiều: khuếch đại điện áp một chiều Vdk(t) để đưa vào điều khiển tần số của mạch VCO
+ VCO (Voltage Controled Oscillator): bộ dao động mà tần số ra được điều khiển bằng điện áp đưa vào.
6.3 Hoạt động của mạch
6.3.1 Nguyên lý hoạt động
Vòng khoá pha hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển mà đại lượng vào và ra
là tần số và chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa tín hiệu vào và ra. Nghĩa là PLL làm cho tần số của tín hiệu VCO bám theo tần số của tín hiệu vào.
Khi không có tín hiệu vi ở ngõ vào, điện áp ngõ ra bộ khuếch đại Vdk(t) =0, bộ dao động VCO hoạt động ở tần số tự nhiên fN được cài đặt bởi điện trở, tụ điện ngoài. Khi có tín hiệu vào vi , bộ tách sóng pha so sánh pha và tần số của tín hiệu vào với tín hiệu ra của VCO. Ngõ ra bộ tách sóng pha là điện áp sai lệch Vd(t) , chỉ sự sai biệt về pha và tần số của hai tín hiệu. Điện áp sai lệch Vd(t) được lọc lấy thành phần biến đổi chậm Vdc(t) nhờ bộ lọc thông thấp LPF, khuếch đại để thành tín hiệu Vdk(t) đưa đến ngõ vào VCO, để điều khiển tần số VCO bám theo tần số tín hiệu vào. Đến khi tần số f0 của VCO bằng tần số fi của tín hiệu vào, ta nói bộ VCO đã bắt kịp tín hiệu vào. Lúc bấy giờ sự sai lệch giữa 2 tín hiệu này chỉ còn là sự sai lệch về pha mà thôi. Bộ tách sóng pha sẽ tiếp tục so sánh pha giữa 2 tín hiệu để điều khiển cho VCO hoạt động sao cho sự sai lệch pha giữa chúng giảm đến giá trị bé nhất.




a/ Dải bắt b/ Dải khóa
Dải bắt BC (Capture range): ký hiệu BC=f2- f1, là dải tần số mà tín hiệu vào thay đổi nhưng PLL vẫn đạt được sự khoá pha, nghĩa là bộ VCO vẫn bắt kịp tần số tín hiệu vào. Nói cách khác, là d