Tìm hiểu về vòng khóa pha PLL (Phase Locked Loop)

Chính xác PLL là gì ??

PLL là viét tắt của Phase Locked Loop về cơ bản là một hệ thống kếm soát tần số khép kín. Trong đó, tín hiệu hồi tiếp dùng để khóa tần số và pha của tín hiệu ra theo tần số và pha của tín hiệu vào. PLL ngày nay có công nghệ tích hợp cao làm cho PLL nhỏ, tin cậy, giá rẻ, dễ sử dụng, đa năng, ứng dụng phổ thông như lọc, tổng hợp tần số, giải điều chề, điều chế, điều khiển tự động….

Có hàng chục kiểu vi mạch PLL khác nhau, một số chế tạo phổ thông đa dạng, một số ứng dụng đặc biệt như tách tone, giải mã stereo, tổng hợp tần số. Trước đây đa phần PLL bao gồm cả mạch số lẫn tương tự. Hiện nay PLL trở nên phổ biến.

Khi không có tín hiệu vào vi thì điện áp ngõ ra Vout = 0. bộ dao động VCO hoạt động ở tần số Fn. ( tần số này được cài đặt bằng điện trở tụ điện ngoài ).

Khi có tín hiệu vào vi, bộ tách sóng pha so sánh pha và tần số của tín hiệu vào với tín hiệu VCO.  Ngõ ra bộ tách sóng pha là điện áp sai lệch Vd(t), chỉ sự sai lệch về tần số và pha của tín hiệu. Điện áp Vd(t) được lọc lấy thành phần biến đổi chầm nhờ LPF, khuếch đại đưa đến ngõ vào VCO, điều khiển tần số VCO bám theo tần số tín hiệu vào. Đến khi tần số fo của VCO gần bằng tần số fi, hệ thống hồi tiếp làm cho VCO đồng bộ ( khóa ) theo tần số tín hiệu vào. Ở trang thái (lock) tần số fo của VCO đồng nhất ( bằng ) tần số vào fi, ngoài trừ sự sai biệt pha.

Về bộ tách sóng pha: có 3 loại.

1. Loại tương tự (analog phase detector) ở dạng mạch nhân hay bộ ( analog mix ) có tín hiệu ra tỷ lệ với tín hiệu vào

2. Loại tách sóng pha lấy mẫu (sampling phase detector)

3. Loại số (digital phase detector ) Minh chỉ nghiên cứu loại này vì có trong IC PLL CD4046 mình đang dùng. 

Về bộ lọc thông thấp LPF

Thường là bậc 1. tuy nhiên cũng có thể dùng bậc cao hơn để triệt tiêu AC theo yêu cầu.

Sau LPH chỉ còn thành phần tần số rất thấp (fi-fo), tần số phách (fi-f0)=0, điện áp phân cực VCO được khóa. Tức là bộ so sánh pha sẽ thực hiện so sánh đến khi nào thiết lập được chế độ khóa đồng bộ fi=fo. sẽ chuyển sang chế độ so sánh pha. Sự sai biệt về pha giữa hai thành phần số vào bằng nhau sẽ được biến đổi thành điện áp điều khiển VCO. Vòng khóa pha hoạt động chính xác khi tần số vào fi, fo thấp khoảng vài trăm KHz trở lại.

Bộ khuếch đại DC là bộ khuếch đại tín hiệu biến đổi chậm (DC), sau bộ lọc thông thấp LPF. Độ lợi khuếch đại kA.(Xem sách mạch điện tử thông tin )

VCO ( Voltage Controlled Oscillator)

Đao động kiểm soát bằng điện áp DC.

Hiện nay các nhà sản xuất tích hợp tất cả trong một chip IC.