Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL

ghost666 01 Aug 2014 14:17 3306 0
Altium Designer Computer Controls
  • W imieniu autora kolejnego artykułu z serii poświęconej taktowaniu systemów, Noale Funga, witam i zapraszam do czytania artykułu poświęconego omówieniu systemowi z pętlą z sprzężeniem fazowym (PLL), w szczególności odpowiedzi filtra, znajdującego się w tym układzie. System PLL składa się z stabilnego i niskoszumnego źródła przebiegu odniesienia, układu PLL wraz z filtrem oraz oscylatora sterowanego napięciowo (VCO). Poniżej pokazano schemat budowy takiego układu.

    Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL


    Podczas projektowania systemu PLL konieczne jest zazwyczaj zaprojektowanie także filtra znajdującego się w pętli sprzężenia zwrotnego. Własności tego filtra mają kluczowy wpływ na parametry gotowego układu i generowanego przezeń przebiegu. Dla wielu optymalizacja tego elementu pętli stanowi nie lada problem z uwagi na konieczność wzięcia pod uwagę szeregu zmiennych, takich jak szum fazowy, czas stabilizacji oraz zakłócenia - wszystkie te czynniki należy wziąć pod uwagę, projektując pętlę. Jednakże zadanie to nie jest aż takie skomplikowane jakie może się wydać na pierwszy rzut oka. Wiele pomoże w tym zrozumienie jak odpowiedź filtra w pętli wpływa na poszczególne źródła szumu w układzie - pozwoli nam to na stworzenie optymalnego projektu systemu PLL.

    W układzie z pętlą PLL istnieją cztery zasadnicze źródła szumu: zegar odniesienia, układ PLL, filtr oraz VCO. Przyjrzyjmy się zatem bliżej jak na poszczególne elementy wpływa odpowiedź filtra.

    Zegar odniesienia

    Z punktu widzenia sygnału referencyjnego filtr w pętli jest filtrem dolnoprzepustowym. Na skutek tego szum fazowy zegara odniesienia zostaje przefiltrowany i jego pasmo zawężone, co pokazane jest na poniższych wykresach. Po lewej widoczne jest widmo szumu fazowego zegara odniesienia na wejściu układu, a po prawej - to samo widmo po przejściu przez filtr.

    Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL


    Układ sprzężenia fazowego.

    Podobnie jak w przypadku zegara, tak i dla szumów fazowych pojawiających się w układzie PLL, filtr jest filtrem dolnoprzepustowym. Im mniejsze jest pasmo filtra, tym bardziej szum PLL jest redukowany. Na poniższych wykresach zaprezentowano widmo szumu z układu PLL (po lewej) i szumu po filtracji (po prawej).

    Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL


    Filtr pętli sprzężenia zwrotnego

    W większości przypadków w systemach PLL stosuje się filtry pasywne, z uwagi na ich niski koszt i łatwość implementacji. Odpowiedź filtra jest, zasadniczo, pasmowoprzepustowa z maksimum przy pasmie pętli. Szum pojawia się tutaj na skutek szumu termicznego w opornikach, wykorzystanych do konstrukcji filtra pasywnego.

    Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL


    Generator strojony napięciowo (VCO)

    Najdziwniejszym faktem jest iż filtr, dla VCO, jest górnoprzepustowy. Jest to zupełnie odwrotna sytuacja niż dla zegara odniesienia i samego układu PLL. W związku z tym nie możemy wykorzystywać bardzo szerokich czy też bardzo wąskich filtrów w pętli we wszystkich projektach. Konieczna jest optymalizacja pasma filtra do punktów w którym osiąga się kompromis pomiędzy szumem z wszystkich źródeł. Na poniższych wykresach pokazano szum VCO (po lewej) i szum po przejściu przez filtr (po prawej).

    Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL


    Całkowity szum fazowy i optymalizacja układu

    W systemie PLL całkowity szum fazowy wynika z sumy kontrybucji wszystkich źródeł szumu, wspomnianych powyżej. Na poniższym wykresie łatwo jest podzielić spektrum szumu na trzy zakresy, w których szum pochodzi głównie od: zegara odniesienia, układu PLL i VCO.

    Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL


    Zasadniczo filtr w pętli nie jest w stanie zmniejszyć ilości generowanego szumu fazowego w skrajnych regionach - związanych z zegarem i VCO. Jedyną metodą na obniżenie szumu w tych zakresach jest użycie niskoszumnego źródła sygnału odniesienia lub lepszego generatora VCO.

    Środkowy obszar, związany z szumem pętli PLL, złożony jest zasadniczo z szumu 1/f, płaskiego szumu pętli PLL i licznika do N. Szum 1/f i szum płaski zależne są od działania pompy ładunku w układzie. Im prąd pompy użytej w systemie jest wyższy, tym szum ten będzie mniejszy. Licznik do N dodaje 20 log (N) do szumu układu, co oznacza iż w celu optymalizacji poziomu szumu lepiej wykorzystać jest niższe N.

    Zrozumieć odpowiedź filtra w pętli PLL


    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...g-understanding-pll-loop-filter-response.aspx

    Cool? Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11035 posts with rating 9362, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Altium Designer Computer Controls