BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐÀO DUY HIẾU NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ SỬ DỤNG VÒNG KHÓA PHA PLL LUẬN VĂN Ỹ THUẬTTHẠC SĨ K KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐÀO DUY HIẾU NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ SỬ DỤNG VỊNG KHĨA PHA PLL LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS PHẠM THÀNH CÔNG Hà Nội – Năm 2014 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131994651000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân, thực hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Phạm Thành Công Các số liệu kết luận nghiên cứu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên Đào Duy Hiếu MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG KỸ THUẬT VỊNG KHĨA PHA 10 1.1 Tổng quan vịng khóa pha 10 1.2 Sơ đồ khối 10 1.3 Nguyên lý hoạt động 11 1.4 Các khối PLL 13 1.4.1 Bộ tách sóng pha (Phase Detector) 13 1.4.2 Bộ lọc thông thấp (Low Pass Filter) 15 1.4.3 Khuếch đại chiều 16 1.4.4 Bộ tạo dao động điều khiển điện áp VCO .16 1.5 Ứng dụng vịng khóa pha PLL 17 1.5.1 Bộ tổ hợp tần số đơn 17 1.5.2 Giải điều chế FM .19 1.5.3 Giải điều chế FSK .20 CHƯƠNG BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ 21 2.1 Khái quát chung tổ hợp tần số 21 2.1.1 Vị trí yêu cầu 21 2.1.2 Phân loại phương pháp tổ hợp tần số 22 2.2 Các mạch sở tổ hợp tần số 22 2.2.1 Tổ hợp tần số sử dụng mạch nhân, chia, cộng trừ 22 2.2.2 Các hệ thống tinh chỉnh tự động tần số tổ hợp .26 2.2.2.1 Hệ thống tự động tinh chỉnh tần số theo pha 27 2.2.2.2 Hệ thống tự động tinh chỉnh tần số theo tần số .32 2.3 Các phương pháp tổ hợp tần số 35 2.3.1 Phương pháp tổ hợp tương tự trực tiếp .35 2.3.1.1 Tổ hợp trực tiếp sử dụng nhiều dao động chuẩn .36 2.3.1.2 Tổ hợp dải tần rời rạc có bù tần số dao động phụ .39 2.3.1.3 Sơ đồ tổ hợp tần số sử dụng dao động chuẩn 41 2.3.2 Phương pháp tổ hợp gián tiếp 43 2.3.2.1 Bộ tổ hợp tần số gián tiếp với mạch vịng khóa pha 43 2.3.2.2 Bộ tổ hợp tần số gián tiếp có điều khiển trước chia biến đổi 46 2.3.2.3 Bộ tổ hợp tần số gián tiếp với nhiều mạch vòng khóa pha .49 2.3.3 Phương pháp tổ hợp tần số số trực tiếp .50 2.3.3.1 Tính chất phương pháp tổ hợp số trực tiếp 50 2.3.3.2 Tổ hợp tần số trực tiếp kết hợp vịng lặp khóa pha 52 2.3.3.3 Một số ứng dụng tổ hợp tần số số trực tiếp 56 2.3.4 So sánh phương pháp 59 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ TỔ HỢP TẦN SỐ 61 3.1 Phương án thiết kế 61 3.1.1 Giới thiệu phương án thiết kế 61 3.1.2 Sơ đồ khối thiết kế tổ hợp tần số .62 3.1.3 3.2 Thiết kế chi tiết khối 63 Mô tổ hợp tần số .66 3.2.1 Giới thiệu phần mềm mô ADIsimPLL 66 3.2.2 Thực mô 66 3.2.3 Kết mô .67 KẾT LUẬN 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Tiếng Anh Ý nghĩa Tiếng Việt AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ CP Charge Pump Bơm điện tích BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải DAC Digital Analog Converter Bộ biến đổi số sang tương tự DDS Direct Digital Synthesis Tổ hợp tần số trực tiếp FM Frequency Modulation Điều chế tần số FSK Frequency Shift Keying Điều chế dịch tần số LPF Low Pas Filter Lọc thông thấp MSK Minimum-shift keying Điều chế dịch pha tối thiểu PD Phase Detector So sánh pha PFD Phase Frequency Detector So sánh pha tần số PLL Phase Locked Loop Vịng khóa pha THTS VCO Tổ hợp tần số Voltage Controled Oscilator Dao động điều khiển điện áp DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ khối vịng khóa pha 10 Hình 1.2 Dải bắt dải khóa PLL .11 Hình 1.3 Điện áp sau lọc thơng thấp 12 Hình 1.4 Ngun lý hoạt động tách sóng pha tương tự 13 Hình 1.5 Hàm truyền đạt tách sóng pha tương tự 14 Hình 1.6 Hàm truyền đạt tách sóng pha số 14 Hình 1.7 Tách sóng pha số EX-OR đáp tuyến 15 Hình 1.8 Tách sóng pha số dùng R-S Flip Flop đáp tuyến 15 Hình 1.9 Khuếch đại chiều 16 Hình 1.10 Bộ tổ hợp tần số đơn .18 Hình 1.11 Bộ tổ hợp tần số có tần số thấp 19 Hình 1.12 Giải điều chế FSK dùng PLL 20 Hình 2.1 Bộ chia có hồi tiếp 23 Hình 2.2 Bộ chia có hệ số chia biến đổi 24 Hình 2.3 Sơ đồ chia biến đổi dùng decade 25 Hình 2.4 Sơ đồ tinh chỉnh tự động tần số .26 Hình 2.5 Đặc tuyến điện áp vào – tần số VCO .27 Hình 2.6 Đặc tuyến tách sóng pha 29 Hình 2.7 Tần số phách .29 Hình 2.8 Dải khóa dải bắt PLL .30 Hình 2.9 Hình thành điện áp so pha xung .31 Hình 2.10 Sơ đồ nội suy có vịng PLL .31 Hình 2.11 Đặc tuyến phân biệt .32 Hình 2.12 Sơ đồ điều chỉnh điện tử dao động phụ 35 Hình 2.13 Tổ hợp tần số trực tiếp sử dụng nhiều dao động chuẩn 36 Hình 2.14 Tạo mạng tần số rời rạc tổng hợp trực tiếp 37 Hình 2.15 Phương pháp nội suy .38 Hình 2.16 Tạo mạng tần rời rạc phương pháp decade giống 39 Hình 2.17 Sơ đồ lọc bù trừ .40 Hình 2.18 Sơ đồ cấu trúc tạo mạng tần số phương pháp tổng hợp trực tiếp 42 Hình 2.19 Sơ đồ điều chỉnh tần số theo pha có chia biến đổi 43 Hình 2.20 Sơ đồ THTS vịng khóa pha có chia biến đổi cố định 45 Hình 2.21 Sơ đồ tổ hợp tần số có chia biến đổi biến tần sơ 46 Hình 2.22 Bộ chia có điều khiển trước chia biến đổi .47 Hình 2.23 Giản đồ thời gian chia có điều khiển trước chia biến đổi 48 Hình 2.24 Sơ đồ tổ hợp tần số hai vịng khóa pha 49 Hình 2.25 Sơ đồ cấu trúc DDS 51 Hình 2.26 Tổ hợp tần số theo phương pháp DDS điều khiển PLL 52 Hình 2.27 Sơ đồ khối mơ hình DDS trộn tần lên với PLL 54 Hình 2.28 Sơ đồ khối mơ hình DDS trộn tần lên với PLL vng pha 54 Hình 2.29 Sơ đồ khối mơ hình sử dụng DDS chia 55 Hình 2.30 Ứng dụng điều chế tần số FM DDS 57 Hình 2.31 Điều chế pha với DDS 58 Hình 2.32 Điều chế biên độ với DDS 59 Hình 3.1.Các kênh WLAN 2,4GHz chuẩn 802.11b/g/n 62 Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết kế tổ hợp tần số 63 Hình 3.3 Sơ đồ khối chức IC ADF4360 64 Hình 3.4 Mạch lọc thông thấp 65 Hình 3.5 Sơ đồ mạch mô .67 Hình 3.6 Đồ thị sai số tần số tuyệt đối .68 Hình 3.7 Đồ thị sai pha đầu 68 Hình 3.8 Đồ thị nhiễu pha tần số 2,35GHz với tốc độ vịng lặp 80KHz 72 Hình 3.9 Đồ thị tần số với tốc độ vòng lặp 80KHz 72 Hình 3.10 Đồ thị nhiễu pha dao động điều khiển điện áp 73 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tần số tuyến tương ứng với đảo mạch chọn tần số .42 Bảng 3.1 Giá trị nhiễu pha (dBc/Hz) với tốc độ vòng lặp 10KHz 69 Bảng 3.2 Giá trị nhiễu pha (dBc/Hz) với tốc độ vòng lặp 790KHz 70 Bảng 3.3 Giá trị nhiễu pha (dBc/Hz) với tốc độ vòng lặp 80KHz 71 LỜI MỞ ĐẦU Ngày trước phát triển mạnh mẽ kỹ thuật điện tử kỹ thuật vi điện tử có ứng dụng to lớn nhiều lĩnh vực đặc biệt lĩnh vực viễn thơng Trong lĩnh vực phát thanh, truyền hình, máy thu phát vơ tuyến đóng vai trị vơ quan trọng Yêu cầu chung máy thu phát vô tuyến đại phải đảm bảo hoạt động cách ổn định dải tần công tác Bộ tổ hợp tần số đóng vai trị quan trọng để tạo dao động chủ sóng máy phát sóng Để xây dựng tổ hợp tần số người ta tiến hành theo nhiều phương pháp, phương pháp thể ưu điểm, khuyết điểm riêng có phạm vi ứng dụng khác tùy thuộc vào tiêu lựa chọn Cơng nghệ tổ hợp tần số dùng vịng khóa pha PLL cơng nghệ thơng dụng phổ biến đơn giản, hiệu kinh tế Với kiến thức tiếp thu q trình học tập cơng tác, với giúp đỡ, hướng dẫn thầy giáo Phạm Thành Công, chọn đề tài "Nghiên cứu, thiết kế chế tạo tổ hợp tần số sử dụng vịng khóa pha PLL” Tơi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Thành Công, thầy cô Viện Điện tử Viễn thông thầy cô trường ĐHBKHN giúp tơi hồn thành tốt nhiệm vụ luận văn mà nhà trường Viện giao cho Tuy nhiên, với thời gian kiến thức hạn hẹp nên luận văn khơng tránh khỏi cịn tồn nhiều thiếu sót, tơi mong nhận bảo, đóng góp thầy bạn Tôi xin chân thành cảm ơn !