CIRCUITE CU URMARIREA FAZEI REALIZATE IN TEHNOLOGIE CMOS

CIRCUITE CU URMÃRIREA FAZEI REALIZATE ÎN TEHNOLOGIE CMOS

1. SCOPUL LUCRÃRII

Sunt prezentate circuitele PLL ( Phase-Locked-Loop ) care rezolvã într-un mod simplu o multitudine de probleme digitale sau analogice specifice sistemelor numerice sau de automatizare.

2. CONSIDERAsII TEORETICE

Schema bloc a unui circuit PLL este prezentatã în figura 12.1. Datoritã funcsionãrii în buclã închisã configurasia extrage si asigurã la iesire o replicã a semnalului de intrare relativ lipsitã de parazisi sau, pe altã iesire, multiplii relativ neperturbasi ai semnalului de intrare. Aceasta se realizeazã prin compararea semnalului de intrare si a celui de reacsie cu ajutorul unui detector de fazã, tensiunea filtratã trece-jos de la iesirea detectorului de fazã comandând un oscilator a cãrui frecvensã este controlatã de tensiunea continuã.

Întrucât foloseste tensiunea continuã de la iesirea filtrului, circuitul PLL poate fi utilizat în calitate de convertor frecvensã-tensiune, indicator de acord, demodulator, detector de fazã cu zgomot redus, detector de fazã de bandã largã, etc.

Circuitul PLL de tipul MMC4046 realizat în tehnologie CMOS funcsioneazã într-o gamã largã de frecvese, oscilatorul sãu comandat în tensiune atingând frecvense de 1MHz. El poate fi utilizat pentru sintetizarea frecvenselor, filtrarea semnalelor.

Configurasia circuitului pune în evidensã douã circuite interne separate. Primul constã în convertorul tensiune-frecvensã (VCO) cu funcsionare în gama de pînã la 1 MHz, iar al doilea în detectorul de fazã cu iesiri duale. Schema circuitului MMC4046 este prezentatã în figura 12.2 iar semnalele care descriu funcsionarea circuitului sunt prezentate în figura 12.3.

Demodulator MF

În figura 12.4 este arãtat modul în care se conecteazã circuitul cu calare de fazã (PLL) MMC4046 pentru a funcsiona ca un demodulator pentru semnale modulate în frecvensã.

Când un circuit PLL este legat la un semnal modulat în frecvensã, frecvensa semnalului dat de oscilatorul comandat în tensiune urmãreste frecvensa instantanee a semnalului de intrare. În acest caz semnalul de la iesirea detectorului de fazã corespunde semnalului modulator.

În acest exemplu, semnalul de intrare constã dintr-o purtãtoare de 10kHz modulatã în frecvensã de un semnal de 400 Hz. Semnalul de intrare cu amplitudinea de 500mV se conecteazã printr-un condensator la intrarea comparatorului de fazã I, folosit pentru cã era nevoie de un PLL cu frecvensa centralã egalã cu frecvensa purtãtoarei.

Frecvensa centralã a oscilatorului comandat în tensiune s-a luat f₀=10kHz, impunând tensiunea de alimentare V_DD=5V si valoarea rezistensei, R₁=100k, rezultã capacitatea condensatorului C₁=500pF. Frecvensa de capturã va fi:

pentru a corespunde deviasiei de frecvensã a semnalului de intrare. Cu valorile R₃=100k, C₂=100nF se obsine frecvensa f_c datã.

Dacã tensiunea de alimentare este de 5V, circuitul absoarbe un curent de 0.132mA pentru un raport semnal/zgomot al semnalului de intrare de 4dB. Consumul scade la 0.09mA dacã raportul semnal/zgomot este de 10dB. Scãderea consumului se explicã prin saturarea amplificatorului de intrare pentru nivele mai mari ale semnalului de intrare. La nivele mici de semnal amplificatorul lucreazã mai mult timp în regiunea de câstig ridicat a caracteristicii de transfer, când ambele tranzistoare sunt deschise.

Indicator de calare

Circuitul din figura 12.5 reprezintã o buclã cu calare de fazã, cãreia i s-a adãugat un circuit care semnalizeazã dacã bucla se sincronizeazã sau nu (iesirea L=1, respectiv L=0).

Un astfel de circuit poate fi util în montajele în care anumite blocuri trebuie sã intre în funcsiune numai dupã sincronizarea buclei. Cu acest circuit se poate face si demodularea unui semnal dacã elementele buclei sunt calculate în asa fel încât o frecvensã sã fie în banda de capturã, iar cealaltã frecvensã în afara benzii de capturã.

Circuitul lucreazã cu un semnal de intrare cu frecvensele de 10kHz si 20kHz. Oscilatorul comandat în tensiune are f_min=9.5kHz si f_max=10.5kHz. Rezultã cã PLL-ul se caleazã pe frecvensa de 10kHz si nu se caleazã dacã f_IN=20kHz. Când bucla se sincronizeazã, iesirea comparatorului de fazã I este în cea mai mare parte a timpului în starea 0 (cu excepsia unor impulsuri foarte scurte rezultate din diferensa de fazã inerentã dintre semnalele de pe intrãrile comparatorului de fazã). Terminalul 1 al circuitului este în cea mai mare parte a timpului în starea 1 (cu excepsia unor impulsuri foarte scurte provenite din aceeasi diferensã de fazã ca mai sus).

Indicatorul de calare detecteazã trecerea în starea 0 a iesirii comparatorului de fazã I. Condensatorul C₃ se încarcã rapid prin dioda D la tensiunea V_DD, atunci când bucla se sincronizeazã. Când apar impulsuri pozitive scurte la iesirea comparatorului de fazã I, iesirea porsii G₁ trece în 0 logic. În acest fel, semnalul de iesire devine activ, semnalând calarea buclei.

Sintetizoare de frecvensã

Sintetizoarele de frecvensã sunt circuite care genereazã semnale cu frecvensã reglabilã discret într-o bandã datã, pornind de la o frecvensã de referinsã. Ecartul de frecvensã este, de obicei, fix.

Viteza la care lucreazã circuitele este dictatã de lãrgimea domeniului de variasie al frecvensei si nu de valoarea frecvensei. Din acest motiv, se pot folosi circuite CMOS pentru lãrgimi de bandã de circa 5MHz. În figura 12.6 este prezentatã schema de bazã a unui sintetizor de frecvensã.

Sintetizorul este de fapt, un circuit PLL cu un divizor programabil DP în buclã, circuit atacat cu un semnal produs de generatorul de frecvensã de referinsã R. Bucla cu calare de fazã consine un oscilator comandat în tensiune OCT, comparatorul de fazã O si filtrul trece-jos F. Relasia între frecvensa de referinsã si frecvensa de iesire este:

f_OUT=N^.f_IN

unde N este factorul de divizare al divizorului programabil.

Un circuit de acest fel permite doar multiplicarea frecvensei de referinsã. Ecartul de frecvensã va fi f_ref. Dacã dorim un ecart mai mic, se poate folosi o schemã care sã consinã un divizor al frecvensei de referisã.

În figura 12.7 se poate vedea schema unui sintetizor de frecvensã în cea mai simplã formã.

Pentru o frecvensã de referinsã de 1MHz, frecvensa de iesire variazã între 3kHz si 999kHz în trepte de 1kHz (în funcsie de valoarea de divizare). Divizorul de frecvensã este realizat cu un bistabil de tip D si este un divizor cu 2 care se introduce între pinii 4 si 3.

3. DESFÃsURAREA LUCRÃRII

Se va realiza circuitul din figura 12.4, figura 12.7 si se vor vizualiza semnalele pe pinii 4, 10 si 14 cu ajutorul osciloscopului.

Se va realiza circuitul din figura 12.5 si se va vizualiza modul de funcsionare al iesirii de semnalizare L.

Se va realiza realiza o schemã asemãnãtoare cu cea din figura 12.7 dar în care sã se utilizeze un circuit divizor cu 4.

Se va realiza realiza o schemã asemãnãtoare cu cea din figura 12.4 în care se va aplica o tensiune continuã pe intrarea VCO si se va studia modul cum se modificã frecvensa cu modificarea tensiunii.

4. CONsINUTUL REFERATULUI

- Prezentarea sumarã a caracteristicilor si a modului de utilizare a circuitelor.

- Configurasia terminalelor pentru circuitele utilizate în lucrare.

- Schemele realizate pentru verificarea funcsionãrii circuitelor.