L ỜI CẢM ƠN
1.8. Tổng quan về vòng bám pha (PLL):
1.8.1. Bắt chập và giữ chập
Chúng ta có thể dùng một cách khác để miêu tả hoạt động của PLL là bộ
so sánh pha thực chất là mạch nhân, nó trộn tín hiệu vào với tín hiệu VCO. Sự
trộn này tạo tần số tổng và tần số hiệu fs ± f0. Khi mạch ở trạng thái chập thì hiệu tần số fs – f0 = 0, do đó nó tạo ra thành phần một chiều. Bộ lọc tần số thấp loại bỏ thành phần tần số tổng fs + f0, nhưng tiếp nhận thành phần điện áp một chiều, tức là chỉ cho thành phần một chiều đi qua. Thành phần một chiều này
điều khiển VCO hoạt động ở trạng thái giữ chập với tín hiệu vào. Cần chú ý rằng giải chập độc lập với dải tần số của bộ lọc tần số thấp vì rằng khi mạch ở
trạng thái giữ chập thành phần hiệu tần số bao giờ cũng là dòng một chiều. Lối vào so sánh Lối vào tín hiệu fs f0 Vd(t) Ve(t) V0(t) Vs(t)
Điện ápđiều khiển VCO Lọc tần số thấp
VCO So sánh pha
nằm bên ngoài biên dải tần số của bộ lọc tần thấp thì nó sẽ bị loại bỏ cùng thành phần tổng tần số, do đó trong mạch sẽ không có thông tin nào được truyền qua mạch lọc và VCO tiếp tục hoạt động ở tần số trung tâm ban đầu. Khi tần số tín hiệu vào tiến dần đến tần số phát của VCO thì thành phần hiệu giảm xuống và tiến dần đến biên dải tần số của bộ lọc tần thấp. Lúc đó, một phần của thành phần tín hiệu đi qua được bộ lọc tần thấp và thúc đẩy VCO chuyển đến tần số
của tính hiệu vào theo hướng sao cho thành phần hiệu tần số giảm và cho phép nhiều thông tin nữa đi qua bộ lọc tần thấp đến VCO. Đây là cơ chế hồi tiếp
dương thúc đẩy VCO chập với tín hiệu vào.
Đặc trưng chuyển tần số sang điện áp:
Hình 1.18a cho chúng ta thấy đặc trưng chuyển tần số sang điện áp điển hình của PLL. Cho tín hiệu vào PLL, tần số của nó được quét từ từ trên một dải rộng. Trục thẳng đứng là điện thế tương ứng Vd của mạch. Hình 1.18b là
trường hợp tần số tín hiệu tăng dần, mạch không phản ứng gì với tín hiệu cho
đến khi tần số tín hiệu đạt tới tần số ω1 tương ứng với biên dưới của vùng bắt chập. Lúc đó hệ bắt chập với tín hiệu vào và tạo ra bước nhảy của điện thế Vd với dấu âm. Sau đó, VCO thay đổi tần số với hệ số góc bằng nghịch đảo của hệ
số khuếch đại lối vào VCO (1/K0) và đi qua giá trị V0 khi ω1 = ω0 mạch bám sát tín hiệu vào cho đến khi tần số tín hiệu vào đạt đến ω2 tương ứng với biên trên của khoảng giữ chập. Khi đó hệ mất bám, điện thế Vd tụt xuống V0 và tạo ra tần sốdao động tự do của VCO (Hình 1.18a).
Nếu ta lại cho tần số tín hiệu vào quét theo chiều hướng giảm dần thì quá trình lặp lại nhưng đảo ngược so với trước (Hình 1.18a) mạch bắt chập lại với tín hiệu ở ω3 tương ứng với biên trên của dải bắt chập và bám sát theo tín hiệu
vào cho đến khi tần số của tín hiệu vào bằng ω4 tương ứng với biên độ của dải giữ chập. Như vậy là dải bắt chập của hệ là (ω1,ω3) và dải giữ chập là của hệ (ω2,ω4).
Do đặc trưng chuyển tần số - điện áp như trên nên PLL có tính chọn lọc với tần số trung tâm VCO, nó chỉ có phản ứng đối với những tần số tín hiệu vào sai lệch so với ω0 là ωC hoặc ωL (ωC=(ω3-ω1)/2 và ωL=(ω2-ω4)/2), tuỳ theo mạch bắt đầu có hay không có điều kiện giữpha ban đầu.
Sự tuyến tính của đặc trưng chuyển đổi tần số sang điện áp của PLL chi do hệ số chuyển đổi của VCO quyết định, do đó ta thường đòi hỏi VCO có đặc tính chuyển điện áp sang tần sốở mức độ tuyến tính cao.
trình bày đường đặc trưng của sự phụ thuộc tần số phát của VCO vào điện áp
điều khiển Vd. Ở đây fmax và fmin là tần số của máy phát VCO tương ứng với tần số góc ω2 và ω4. Khi đó dải giữ chập của hệ là: ΔfL = fmax - fmin
Nếu gọi fS là tần số của tín hiệu lối vào thì dải bắt chập của hệ PLL là:
ΔfC = fSmax - fSmin ,trong đó fSmax và fSmin là tần số của tín hiệu tương ứng với tần số góc ω3 và ω1
Hình 1.18(a,b) Đặc trưng chuyển tần số - điện áp của PLL
+ Vd (a) (b) + ωS ωS 2ωL 2ω ω ω2 ω0 ω4 ω3 ω0 ω1 Dải bắt chập Dải giữ chập V0 V0 Vd Hướng quét tần số Hướng quét tần số
Hình 1.19 Sự phụ thuộc của tần sốVCO vào điện áp