Phasenkomparator und VCO in PLL

Ich habe eine grundlegende Frage zum einfachsten PLL-Schema:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Zweck dieses Schemas besteht darin, ein Signal zu erzeugen, das eine perfekte Kopie des Eingangssignals ist (das beispielsweise von einem Kristalloszillator kommt). Das Referenzeingangssignal und das Ausgangssignal haben im stationären Zustand die gleiche Frequenz und die gleiche Momentanphase.

Aber ich habe eine Frage. Im stationären Zustand sind Vo und Vi synchronisiert (dh sie haben dieselbe Momentanphase): Der Ausgang des Phasenkomparators ist daher eine konstante Spannung (das entspricht einem Phasenfehler von 0 an seinem Eingang), und so erzeugt der VCO einen stabilen Zustand feste Frequenz, gleich der von Vi.

Angenommen, Vi hat die Frequenz f1. Dann wird Vo bei der Frequenz f1 mit einem Phasenfehler von 0 mit Vi sein.

Nehmen wir nun an, dass Vi die Frequenz f2 hat. Vo wird bei Frequenz f2 mit 0 Phasenfehler mit Vi sein.

Da aber in beiden Fällen der Phasenfehler 0 ist, ist der konstante Spannungsausgang des Phasenkomparators in beiden Fällen gleich. Wie kann ein gleicher Spannungswert den VCO dazu bringen, in diesen beiden Situationen (f1, f2) mit unterschiedlichen Frequenzen zu schwingen?

Der Ausgang der PLL kann eine bessere Quelle als das Original sein. Wenn das Quellsignal Jitter enthält, kann die Tiefpassfiltercharakteristik in der Rückkopplungsschleife den Jitter reduzieren. Das bedeutet, dass es ein hochfrequentes Fehlersignal geben wird.

Antworten (2)

Der Ausgang des Phasenkomparators ist derselbe: der Ausgang des "Schleifenfilters" ist es nicht.

Um einen Phasenfehler von Null zu erreichen, benötigen Sie eine unendliche Verstärkung bei der Frequenz Null; dh eine Komponente des Schleifenfilters ist ein Integrator.

Eine einfachere Art, sich den Schleifenfilter in diesem Fall als PI-Regler vorzustellen, wobei der P-Anteil (Proportional) eine schnelle Verfolgung von Phasenänderungen ermöglicht und der I-Anteil (Integral) Phasenfehler eliminiert.

Der P-Term allein würde einen Restphasenfehler hinterlassen, der multipliziert mit der "P-Verstärkung" die zum Treiben des VCO erforderliche Gleichspannung liefern würde.

BEARBEITEN, um das Zitat von OP aus Kommentaren beizubehalten ...

Im stationären Zustand ist der Phasenfehler 0, aber dieser Wert geht in einen Integrator ein. Ein Integrator sättigt bei DC, aber in diesem Fall ist sein Eingangswert nicht einfach DC, sondern 0. Daher ist sein Ausgangswert der Anfangswert (vout = v(t0) + integral(0 × dt) = v(t0) , wobei t0 der Zeitpunkt ist, an dem die Sperre erreicht wird). In den Fällen f1 und f2 ist v(t0) aufgrund ihrer unterschiedlichen Geschichte unterschiedlich, sodass ein unterschiedlicher Wert den VCO ansteuert.

Ja.

Ist der Grund also einfach die Tatsache, dass die Schleifenverstärkung eine Funktion der Frequenz ist? Der VCO erhält also unterschiedliche Steuerspannungen, wenn f = f1 und f = f2?
Sie haben Ursache und Wirkung in diesem Kommentar verlegt. Der VCO erzeugt unterschiedliche Frequenzen f1 und f2 für Eingangsspannungen v1 und v2. Das macht ein VCO. Um die Bedingungen in Ihrer Frage zu erfüllen, muss der VCO also mit V1 oder V2 gespeist werden. Daher muss das Schleifenfilter sie erzeugen.
Aber warum ist der Ausgang des Schleifenfilters bei gleichem Eingang (vom Phasenkomparator kommend) unterschiedlich? Ich habe ein Problem beim Verständnis dieses Konzepts
Weil die Eingabe während des Prozesses, um zum Null-Fehler-Punkt zu gelangen, nicht dieselbe war. Es gab ein Fehlersignal von der Phasenkompensation (Schritt F1 bis F2 erzeugte eins) und so gab es ein endliches Eingangssignal an den PI-Regler (Schleifenfilter), das auf 0 reduziert wurde, als der Integrator den PI-Ausgang genau auf V2 brachte (und die VCO bis f2 ohne Offset)
Ich verstehe diese Speichereigenschaft des Filters nicht. Ich habe es immer als ein Gerät mit einer Übertragungsfunktion von beispielsweise gleich K × (1+jw/w1)/(w^2) gesehen. Bei dieser Art von Analyse gilt: gleiche Eingabe => gleiche Ausgabe.
Ich kann an dieser Stelle nur vorschlagen, mehr über Steuerungssysteme zu lernen. Oder Integratoren, die alle Speicher (oder "Anfangsbedingungen") haben
Ein weiterer Zweifel. Der Ausgang des Phasenkomparators ist zeitlich konstant, wenn die Verriegelung erreicht ist. Wenn also der Schleifenfilter ein Integrator ist ... wird sein Ausgang unendlich sein ...
Die Ausgabe eines Integrators ist nicht notwendigerweise unendlich.
Vielleicht habe ich es verstanden. Im stationären Zustand ist der Phasenfehler 0, aber dieser Wert geht in einen Integrator ein. Ein Integrator sättigt bei DC, aber in diesem Fall ist sein Eingangswert nicht einfach DC, sondern 0. Daher ist sein Ausgangswert der Anfangswert (vout = v(t0) + integral(0 × dt) = v(t0) , wobei t0 der Zeitpunkt ist, an dem die Sperre erreicht wird). In den Fällen f1 und f2 ist v(t0) aufgrund ihrer unterschiedlichen Geschichte unterschiedlich, sodass ein unterschiedlicher Wert den VCO ansteuert. Richtig?
Wenn diese Analyse richtig ist, habe ich nur einen Zweifel. Die einfachste PLL-Version hat einen Schleifenfilter mit konstanter Übertragungsfunktion, der also kein Integrator ist. Wie kann es funktionieren, da es kein Gedächtnis hat?
Ohne Speicher ist Ihr PI-Controller ein P-Controller. Die Schleife wird mit einem konstanten Phasenfehler (nicht 0) verriegelt, so dass (Error * P Gain) die richtige Steuerspannung liefert. Das „funktioniert“, weil seine Definition von „Arbeit“ einen endlichen Phasenfehler zulässt.

Wenn Sie mit der Frage „Ein Operationsverstärker hat eine Nullspannung zwischen den Eingangspins, wie kann er also einen Ausgang erzeugen?“ vertraut sind, dann haben Sie die Antwort.

Ein PLL ist ein Rückkopplungssystem mit unendlicher Verstärkung bei DC, großer Verstärkung weit unter der Schleifenbandbreite, Verstärkungen um die Einheit um die Schleifenbandbreite herum (tatsächlich definiert die Einheitsverstärkung die Schleifenbandbreite, das Schleifenfilter nicht!) Und eine gute Dämpfung oberhalb der Schleifenbandbreite.

Bei Frequenzen über DC ist die Verstärkung endlich, so dass es immer einen Phasenfehler geben wird, wie klein er auch sein mag. Bei einer gut spezifizierten und entworfenen Schleife liegt dieser Phasenfehler innerhalb Ihrer Spezifikationen.

In der Praxis wird es also immer einen endlichen Phasenfehler geben (sehr klein), der in beiden Situationen unterschiedlich ist? Zum Beispiel 0,01 Grad für f1 und 0,02 Grad für f2, und es gibt also eine andere Steuerspannung für den VCO?
Wenn im Schleifenfilter ein Integrator vorhanden ist, kann der PSD-Ausgang bei einem beliebigen Ausgang des Integrators mittelwert Null sein.
Phasenkomparator und VCO in PLL
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