Lukittuminen. Suljettu silmukka

Transkriptio

1 Lukittuminen Suljettu silmukka Lähtien tilanteesta, jossa > ja ( ) =0. Hetken ajan se tuottaa silmukkasuodattimen ulostuloon positiivisen jännitteen v olp, joka kasvattaa oskillaattorin lähtötaajuutta eli. Tämä toistuu, tuoden joka kierrolla näitä taajuuksia lähemmäs toisiaan, kunnes ne lukittuvat. Sama toimii myös, jos <, jolloin v olp on negatiivinen. Kuva 1. Jännitteet ennen kertojaa v in >v out (yllä) Jännitteiden tulo (alla): nähdään, että v p on positiivinen, koska vaaka-akselin yläpuolella on enemmän pinta-alaa kuin alapuolella Kuva 2. PLL - Synchronous Frame PLL (SF-PLL) Käytetään kolmivaihesysteemeillä. - PQ-PLL Perustuu reaali- ja imaginääritehoteoriaan (power theory). - Sinusoidal Signal Integrator PLL (SSI-PLL) Toimii hyvin jännitteen vääristyessä. - Double Synchronous Frame PLL (DSF-PLL) Pystyy poistamaan perinteisen SF-PLL:n havaintovirheet.

2 Muita PLL-tyyppejä: - Double second order generalized integrator PLL (DSOGI-PLL) - Enhanced phase-locked loop (EPLL) - Three-phase magnitude phase locked loop (3MPLL) - Quadrature PLL (QPLL) - Multirate PLL (MR-PLL) - Adaptive PLL (APLL) - Adaptive linear combiner (ALC-PLL) Avoin silmukka PLL:n lisäksi vaihe voidaan lukita myös muilla metodeilla, esimerkiksi: - ZCD (zero-crossing-detection ) metodia voidaan käyttää stabiileille sinimuotoisille signaaleille. Ensimmäinen lohko etsii sisääntulon nollia. Herkkä häiriölle. - Space Vector Method (SV) - Weighted least-squares estimation Method (WLSE) Lukittumisen varmistamisen strategiat 1. Oskillaattori (VCO) voidaan valita tai suunnitella niin, että sen säätöalue on riittävän kapea. 2. Oikealla taajuudella pyyhkäistään oskillaattorin ohjausjännitettä ja suljetaan silmukka. 3. Tehdään silmukkasuodattimen kulmataajuus ohjelmoitavaksi, jolloin sieppausetäisyyttä voidaan kasvattaa lukittumisen ajaksi. 4. Silmukkaan lisätään taajuusvertailija, jolloin PLL toimii kuten taajuuslukittu silmukka lukittumisprosessin alussa.

3 Varauspumppu-PLL ja vaihetaajuusvertailija Varauspumppu-PLL Varauspumppu-PLL:n vaihevertailijan toiminta perustuu saapuvien signaalien nousevien reunojen vertailuun (diskreettiaikainen silmukka). Varauspumppu joko syöttää tai nielee virtaa pulssien Q_a ja Q_b (kuvassa 1 _ref ja _osc) ajan. Lähtösignaaliksi voidaan tulkita joko varaus tai keskimääräinen virta. Koska vaihevertailijaan voidaan yhdistää myös taajuusvertailu, silmukka saadaan lukittumaan varmasti oikeaan kohtaan. Muita etuja ovat matala referenssivuoto sekä ääretön silmukkavahvistus DC:llä. Lähdöt Q_a ja Q_b voitaisiin yhdistää esimerkiksi differentiaalivahvistimella, mutta tämä on kohinainen ratkaisu. (PFD:stä enemmän seuraavassa) Vaihevertailija (PD), vaihetaajuusvertailija (PFD) Vaihevertailija (PD) on vaihelukitun silmukan osa, jonka tehtävänä on tuottaa lähtö- ja referenssisignaalien vaihe-eroon perustuvaa signaalia. Vaihevertailija voidaan toteuttaa monella eri tavalla, mm. kertojalla, balansoidulla sekoittimella tai XOR-logiikkapiirillä. Vaihevertailijoilla on usein ajallinen lineaarinen alue, jolloin liian suuri muutos tulotaajuudessa tai jakosuhteessa saattaa purkaa silmukan lukon (eivät esim. riitä vaihelukkoon, jonka VCO:n generoima taajuusalue on yli oktaavin, koska sama lukkiutumiskriteeri löytyy 360 vaihe-eron välein). Vaihetaajuusvertailijat (PFD) ovat mutkikkaampia rakenteita, jotka toimivat tulevien taajuuksien poiketessa taajuusvertailijoina ja taajuuksien täsmätessä vaihevertailijoina. PFD:n toiminta perustuu logiikkaportteihin

4 jotka on kytketty toisiinsa. Saapuvat signaalit A ja B asettavat ulostuloja Q A ja Q B signaalien A ja B nousevien reunojen mukaan. Kuva 2: Vaihetaajuusvertailija logiikkaporteilla Kun signaalin A taajuus on suurempi signaalin B:

5 Kun taajuudet ovat yhtä suuret: Liittämällä ulostulot Q A ja Q B varauspumppuun ja silmukkasuodattimeen saadaan aikaiseksi ohjaussignaali VCO:lle. Kytkemällä varauspumpun ulostulon rinnalle kondensaattori saadaan aikaiseksi vaiheerointegraattori (kts. kuva 1). Jotta PFD toimii ei-diskreeteillä signaaleilla, on 0 << ref. Käytännön toteutuksesta: Näitä ei kannata yrittääkään tehdä itse hajalogiikasta, vaan käyttää valmiita IC piirejä, esim. MC4044/MC4344 (Klassikko TTL piiri, toinen vertailija toistuvalla lukkiuma-alueella ±180, toinen tekee myös taajuusvertailun). Varauspumppu-PLL vs Vaihevertailija Varauspumppu-PLL +hyvä ohjelmoitavuus (silmukan taajuusvastetta voidaan helposti muokata) +matala referenssivuoto +PFD:en yhdistettynä ei ongelmia lukittumisen kanssa -Takaisinkytkentä toimii vain nousevilla reunoilla Vaihevertailija (tässä kertoja) -mahdollisuus lukittua väärään kohtaan -synnyttää aina periodista häiriötä -Säätöaskel ei pysy vakiona koko alueella (epälineaarisuus) -Lähdön merkki muuttuu huipun ylityksen jälkeen (epämonotonisuus) Lähteet: (kts )