PLL - phase-locked loop Sistemi elettronici automatici

PLL - phase-locked loop
Circuito elettrico ampiamente utilizzato nell'elettronica per le
telecomunicazioni.
Permette di creare un segnale la cui fase ha una relazione fissa
con quella di un segnale di riferimento.
E’ inoltre un classico esempio di applicazione all'elettronica del
controllo in retroazione
USI
sintetizzatore di frequenza;
generatore di clock, soprattutto nei sistemi a microprocessore;
demodulatore FM;
sistema di clock recovery, finalizzato all'estrazione del clock da
un segnale aperiodico modulato.
PLL - schema a blocchi
PLL - funzionamento
Il segnale in ingresso e quello in uscita vengono
confrontati tra loro dal comparatore di fase, che
restituisce in uscita un segnale di "errore" relazionato
con lo sfasamento dell'uscita rispetto all'ingresso.
Se si desidera che le due oscillazioni siano accordate
(stessa frequenza), è sufficiente che tale errore sia
costante nel tempo.
indispensabile per controllare la dinamica del
sistema in retroazione e per eliminare componenti
spurie in uscita dal comparatore di fase
PLL - funzionamento
Il segnale di "errore", filtrato, raggiunge l'oscillatore
controllato in tensione (VCO) che viene forzato a
produrre un'oscillazione a una frequenza maggiore o
minore a seconda dell'entità del segnale in ingresso.
L'uscita del VCO è confrontata con il segnale di
riferimento e a regime, il sistema tenderà a raggiungere
uno stato in cui l'uscita del VCO e il segnale di
riferimento hanno la stessa frequenza, ottenendo così
la sintonizzazione del PLL.
La velocità di risposta del circuito dipende dalle caratteristiche del filtro e
del comparatore di fase e dalla sensibilità del VCO.
Il divisore ricava un segnale sottomultiplo di quello
generato dal VCO, ovvero con frequenza "scalata" di
N, e lo riporta all'ingresso del comparatore di fase.
A regime, la frequenza del segnale in uscita dal
divisore (fdiv) e di quello in ingresso (fin) saranno uguali.
Dato che fout = Nfdiv, a regime si avrà:
fout = Nfin quindi l'uscita del VCO oscilla a una
frequenza multipla di quella dell'ingresso.
PLL - rappresentazione nel dominio di Laplace
L'azione del comparatore di fase risulta completamente
di tipo proporzionale
I PLL più semplici sono quelli in cui la funzione di
trasferimento del filtro è una costante KA , cioè il
filtro in realtà è un amplificatore o un attenuatore a
banda larga
PLL - rappresentazione nel dominio di Laplace
L'azione di controllo operata dal VCO è di tipo
proporzionale-integrativa.
PLL - FdT del 1° ordine
funzione di trasferimento complessiva della PLL
guadagno:
PLL - FdT del 1° ordine – errore a regime
Ponendo in ingresso al PLL una rampa di fase, cioè una variazione
istantanea di frequenza che può essere rappresentata con una funzione
di trasferimento:
Si ottiene come errore a regime:
Il PLL mantiene un errore a regime non nullo, tanto più piccolo quanto più
grande è il guadagno K.
Per ottenere un errore di fase nullo sarebbe necessario un guadagno
infinito, impossibile da realizzare.
K non può essere aumentato a piacere, poiché è inversamente
proporzionale alla banda. Se si vuole ridurre il rumore presente sul segnale
d'ingresso alle alte frequenze è necessario avere un sistema a banda
stretta.