Khi không có tín hiệu vào PLL, sự chênh lệch điện áp Ve(t) ở lối ra của bộ so sánh pha bằng không. Điện áp Vd(t) ở lối ra của bộ lọc tần thấp cũng bằng không. Bộ dao động điều khiển bằng điện áp VCO hoạt động ở tần số cố định f0 gọi là tần số dao động trung tâm. Khi có tín hiệu đưa vào hệ thống PLL, bộ so pha sẽ so pha và tần số của tín hiệu lối vào với pha và tần số của VCO và tạo ra một điện áp sai số Ve(t) tỉ lệ với sự lệch pha và chênh lệch tần số của tín hiệu lối vào và VCO, tức là phản ánh sự khác nhau về pha và tần số của 2 tín hiệu. Điện áp sai số này được lọc rồi đưa vào lối vào điều khiển của VCO. Điện thế điều khiển Vd(t) thúc đẩy tần số của VCO thay đổi theo hướng giảm bớt sự khác nhau về tần số giữa tín hiệu f0 và tín hiệu lối vào. Khi tần số lối vào fs tiến dần đến tần số f0, do tính chất hồi tiếp của PLL sẽ thúc đẩy VCO đồng bộ hoặc bắt chập với tín hiệu lối vào. Sau khi chập, tần số VCO sẽ bằng tần số của tín hiệu lối vào, tuy nhiên vẫn có độ chênh lệch về pha nào đó. Sự chênh lệch về pha này là cần thiết để tạo ra điện áp sai Ve(t) để chuyển tần số dao động tự do của VCO thành tần số của tín hiệu vào fs, như vậy sẽ giữ cho PLL ở trạng thái giữ chập tần số. Kết quả là tần số của dao động VCO có độ ổn định tần số ngang cấp với độ ổn định tần số của tín hiệu so sánh pha với tần số VCO. Như vậy nếu sử dụng fs là dao động chuẩn thạch anh có độ ổn định tần số cao thì kết quả mạch vòng bám pha sẽ cho độ ổn định tần số của VCO ngang cấp thạch anh. Không phải tín hiệu nào VCO cũng bắt chập Lối vào so sánh
Lối vào tín hiệu fs f0
Vd(t) Ve(t)
V0(t) Vs(t)
Điện áp điều khiển VCO So sánh pha
VCO
được. Dải tần số trên đó hệ duy trì tình trạng chập với tín hiệu lối vào được gọi là dải giữ chập hay giải bám (lock range) của hệ thống PLL. Dải tần số trên đó hệ thống PLL có thể bắt chập một tín hiệu vào gọi là dải bắt chập (capture range). Dải bắt chập bao giờ cũng nhỏ hơn giải giữ chập.
3.5.2 Thiết kế mạch dao động nội, bộ tổng hợp tần số.
Mạch vòng bám pha PLL được sử dụng rất rộng rãi để ổn định tần số dao động và chế tạo các bộ tổng hợp tần số, bởi vì có thể tạo ra tần số bất kỳ có độ ổn định cao ngang với thạch anh và có thể thay đổi tần số rất mềm dẻo được điều khiển một cách dễ dàng bằng các bộ vi xử lý. Do vậy bộ dao động nội và bộ tổng hợp tần số được thiết kế sử dụng bộ vòng bám pha để ổn định tần số và nâng cao chất lượng hệ thống thu. Sơ đồ chức năng của bộ tạo dao động sử dụng vòng khóa pha được trình bày trên Hình 3.52.