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Phase Locked Loop (PLL)

Hier eine kurze und einfach gehaltene Erklärung über das Prinzip einer PLL Schaltung. Für genauere Informationen wird man bestimmt bei google fündig oder man studiert z.B. diese aufschlussreiche Application Note von Motorola oder diese beiden Dokumente: PLL Part 1 , PLL Part 2

Prinzipschaltung einer PLL für 100 MHz

Die PLL Schaltung in diesem Beispiel vergleicht ständig eine Referenzfrequenz, hier f1 (1 MHz von einem Quarzoszillator), mit der Frequenz des VCO fO, welche mit dem Teiler 1:100 von 100 MHz auf 1 MHz angepasst wird (f2). Weichen diese Frequenzen voneinander ab, dann gibt die PLL-Schaltung eine Steuerspannung (u3) an die Kapazitätsdiode im VCO ab, um so auf die gewünschte Frequenz nachzuregeln, bis  f1 = fist.

Das Überwachen von f1 und f2 geschieht durch das Vergleichen der Phasenlage (Phase Comparator) der beiden Frequenzen:

a)  Frequenz und Phasenlage von u1 und   u2 sind gleich, es wird keine Nachregelspannung u3 ausgegeben.

 

b)  Frequenz u1 und   u2 sind gleich, die Phasenlage ist jedoch um 180 Grad versetzt, der VCO wird mittels Spannung u3 nachgeregelt.

 

a) Die Frequenz von u2 sinkt. Es entsteht ein asymmetrisches Rechtecksignal mit positivem Impulsanteil, die Steuerspannung u3 steigt an.

b) Die Frequenz von u2 steigt. Es entsteht  ein asymmetrisches Rechtecksignal mit negativem Impulsanteil, die Steuerspannung u3 sinkt.

 

 

Für eine Frequenzänderung z.B. in einem Sender wird einfach die Teilung der VCO Frequenz geändert. Dazu ein rechnerisches Beispiel, wieder mit der 1 MHz Referenzfrequenz und dem 100 MHz Oszillator:
Wird die VCO Frequenz nicht durch 100 geteilt, sondern z.B. durch 108, dann Vergleicht die PLL Schaltung 1 MHz mit (100 MHz : 108)  0.925925925 MHz. Die Steuerspannung steigt also an, bis diese Frequenz  wieder  der  Referenz  von  1 MHz  entspricht,  und  somit  der VCO  auf   108 MHz (1 MHz *108) schwingt.

Seit langer Zeit beliebt ist der 4046, mit einem 4060 als Referenzoszillator und einem Vorteiler in Kombination mit einem 4059 als programmierbarer Teiler. Diese IC`s sind günstig und leicht zu beschaffen. Modernere PLL IC`s haben oft entsprechende Teiler bereits integriert und arbeiten bis in den GHz Bereich.

 

 

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