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.

Jak zbudować cyfrowy PLL do zwiększania częstotliwości?

sarghan 30 Jan 2008 14:03 3222 4
  • #1
    sarghan
    Level 2  
    Potrzebny mi jest układ cyfrowej pętli sprzężenia fazowego (tzw. ADPLL), którego zadaniem było by zwiększenie częstotliwości sygnału wejściowego z poziomu 1 Hz do poziomu 1 kHz, oczywiście z zachowaniem zerowego (lub stałego w czasie) przesunięcia między sygnałami. Takich układów zastosowanych zostało by kilka, i dla każdego sygnałem wejściowym był by sygnał 1 PPS pochodzący od odbiornika GPS, a wyjściowym sygnał sterujący przetwornikiem A/C. W wyniku tego można by otrzymać synchronicznie próbkowanie przebiegów na dużym obszarze. Krótko mówiąc idea jest taka, że wszystkie przetworniki A/C będą próbkować jakiś tam sygnał wejściowy 1000 razy na sekundę, przy czym próbka o numerze 1 pobrana zostanie dokładnie w momencie wystąpienia narastającego zbocza sygnału 1 PPS, tak samo próbka 1001, 2001 itd.



    Wziąłem pod lupę układ 74HC297. W stanie sprzężenia pętli na wyjściu oscylatora cyfrowego otrzymywany jest sygnał o częstotliwości f0*N, gdzie f0 - częstotliwość podstawowa pętli, N - współczynnik określający wielokrotnośc częstotliwości f0 sygnału jakim taktowany jest oscylator oraz jednocześnie moduł licznika znajdującego się w pętli sprzężenia fazowego. Jeżeli dobrze rozumiem, dla f0 = 1 i n = 1.000 na wyjściu oscylatora dostanę sygnał o częstotliwości 1 kHz (1 * 1.000), który będzie moim właściwym sygnałem wyjściowym układu, po podaniu tego sygnału na licznik modulo-1.000 jego częstotliwość zmaleje 1.000-krotnie (do 1 Hz), co umożliwi jego podanie na detektor fazy i porównanie jego fazy z sygnałem wejściowym o takiej samej częstotliwości.

    Jeśli tak, to niby wszystko pięknie zgadza się z założeniami projektu. Niestety pomiary muszą być bardzo dokładnie zsynchronizowane - z dokładnością do 1 µs. Czyli jeśli dobrze kombinuję sygnały podawane na detektor fazy w stanie sprzężenia pętli nie powinny różnic się w fazie o więcej niż 1 µs (pomijając już fakt, że sygnały te będą i tak przesunięte o Π gdy jako detektor fazy użyty zostanie przerzutnik JK wyzwalany zboczem). W publikacji Texas Instruments 'Digital Phase Locked Loop Design Using SN54/74LS297' odnalazłem stwierdzenie, że błąd fazy redukowany jest do zera z rozdzielczością 1/2N okresu sygnału za licznikiem modulo-N. Czyli w tym wypadku wynosi on 1/(2*1.000) = 5*10^-4 okresu czyli 5*10^-4 sekundy. A więc gdy według pętli błąd fazowy równy jest zero wynosi on w rzeczywistości ± 500 µs. Żeby dostać akceptowalną wartość rozdzielczości błędu fazowego (tutaj akurat najbliższa to ± 0,5 µs) wartość N musiała by wynosić 1.000.000 a nie 1.000. No i tutaj pojawia się problem bo w takim wypadku na wyjściu oscylatora dostanę sygnał o częstotliwości 1 MHz a nie 1 kHz, coś tak czuję, że po przepuszczeniu tego przez dzielnik częstotliwości przesunięta zostanie także faza sygnału wyjściowego.

    Jakieś propozycje ? Może mój tok myślenia jest błędny, a może lepiej zainteresować się innym układem (tutaj zaznaczam, że analogowe lub analogowo-cyfrowe PLL odpadają, musi to byc układ w pełni cyfrowy) ?
  • #2
    Koriel
    Level 13  
    Do podanej aplikacji proponowałbym raczej wyzwalanie pomiaru przetwornika AD narastającym zboczem zegara z GPS. Wtedy każdy z AD może chodzić z pewną różnicą fazy, ale np. na większej częstotliwości np. ~20MHz,co powinno zapewnić wymaganą dokładność równoczesności pomiarów.
  • #3
    sarghan
    Level 2  
    Niestety w tym przypadku nie jest to możliwe. Myślałem, że nie będzie to konieczne, ale wyjaśnię bardziej szczegółowo zastosowanie takiego układu. Chodzi o to, że w elektroenergetyce wykorzystuj się tzw. PMU (Phase Measurement Unit). Są to urządzenia, które próbkują napięcie z częstotliwością 1 kHz, tak już jest i nie ma się na to żadnego wpływu. No i takie to urządzenia rozmieszczone są na dużym terenie, chcąc więc zapewnić synchroniczność pomiarów potrzebne jest coś w rodzaju globalnego sygnału taktującego o dużej dokładności. W praktyce wygląda to tak, że PMU mogą mieć już wbudowany układ PLL lub nie. Jeśli mają wystarczy im dotarczyc sygnał próbkowany i sygnał 1 PPS, one już się zajmą zwiększeniem jego częstotliwości i wykorzystaniem go do wyzwalania wbudowanego przetwornika A/C. Jeżeli jednak PMU nie posiada układu PLL to należy dostarczyć sygnał próbkowany i sygnał o częstotliwości 1 kHz zsynchronizowany z sygnałem 1 PPS z rozdzielczością 1 µs. No i właśnie mam do czynienia z przypadkiem drugim, a więc potrzebuje układ PLL, który na wyjściu będzie posiadał sygnał o częstotliwości 1 kHz otrzymany na podstawie sygnału 1 PPS (czyli o częstotliwości 1 Hz) przesunięty w fazie nie więcej niż o 1 µs w stosunku do sygnału wejściowego. Układ ma by w pełni cyfrowy aby wyeliminować wpływ czynników zewnętrznych (m.in. temperatury), ponieważ urządzenia takie mogą być instalowane nawet w dosyć skrajnych warunkach.
  • #4
    andre65
    Level 13  
    Przy dzieleniu częstotliwości uda Ci się uzyskać zgodność fazy z dokładnością do czasu propagacji przez pojedynczy licznik (<20ns), pod warunkiem, że to będzie dzielnik synchroniczny.
  • #5
    Jacek31
    Conditionally unlocked
    Rozszerzę nieco temat. Mianowicie chciałbym wykorzystać ten układ do zbudowania prostego powielacza częstotliwości. Do dyspozycji mam zegary o częstotliwościach 17,734472MHz oraz 7,88 MHz (definitywnie to płyta C64 i jej układ oscylatora). w gruncie rzeczy chodzi mi o podwojenie częstotliwości 7,88MHz, która i tak jest dzielona wewnątrz układu chipsetu C64 przez 8 co daje częstotliwość taktowania = 0,985MHZ dla CPU. ja bym chciał przetaktować CPU 2x więc muszę doprowadzić do chipsetu 2x większą częstotliwość. Więc mam pytanie czy na układzie 74LS/HCT297 da się zbudować podwajacz częstotliwości ? Ostatecznie czy koledzy mogli by narysować schemat na tym układzie, bo jak na razie nie bardzo rozumiem jego idę pracy ? Ostatecznie jakiś inny dobry podwajacz z możliwością przełancznia TURBO/Normal.