PLL ( Phase-locked loop ) là một hệ thống hồi tiếp gồm có một dò pha (Phase detector ), bộ lọc thông thấp ( LPF: Low-pass filter), bộ khuếch đại và mạch dao động thế kiểm ( VCO: Voltage-controlled oscillator ) trong một số mạch PLL thì bộ VCO có thể được thay thế bằng bộ CCO (Current-controlled oscillator).
Sơ đồ khối
Mạch dò pha (Phase detector):
Bộ này có nhiệm vụ cho ra một tín hiệu phụ thuộc vào hiệu pha ( hiệu tần số) của hai tín hiệu vào, thường là tín hiệu hình Sin hoặc dãy xung chữ nhật hay nói cách khác là so sánh fin và fout của VCO để cho ra điện thế DC tỉ lệ thuận với độ sai pha giữa hai tần số. Có hai loại dò pha:
+ Dò pha tuyến tính: thường được thực hiện bởi mạch nhân tương tự. Tín hiệu ra tỷ lệ với biên độ tín hiệu vào. + Dò pha phi tuyến (dò pha số ): được thực hiện bởi các mạch số (AND,OR,XOR,EXOR… ). Tín hiệu vào của nó là dãy xung chữ nhật. Tín hiệu ra không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu vào.
- Mạch lọc thông thấp: dùng để lấy tín hiệu tần số thấp, lấy ra điện thế DC. Trong hệ thống PLL, người ta thường dùng các bộ lọc thấp qua bậc một để bảo đảm tính ổn định cho hệ thống. - Mạch khuếch đại: Để khuếch đại tín hiệu trên đường truyền. - Mạch VCO: Để phát ra tần số tỷ lệ với điện thế ngỏ vào. Đây là một khối quan trọng nhất trong PLL vì nó quyết định độ ổn định tần số, các đặc trưng giải điều chế tín hiệu, điều tần (FM).
Các khái niệm cơ bản trong PLL
* Dải bắt (capture range) : Là dải tần số mà tín hiệu vào ban đầu phải lọt vào để PLL có thể thiết lập chế độ đồng bộ (khoá). Nói cách khác đó là dải tần số mà PLL có thể đạt được sự khoá pha khi việc khoá pha chưa thực hiện. * Dải khoá (the lock range) : Là khoảng tần số lân cận fN của VCO mà PLL đồng nhất được tần số fO với tần số fi. Dải này còn được gọi là dải đồng chỉnh (Tracking range).
Dải bắt và dải khóa
Nguyên lý hoạt động của PLL
Thực chất PLL hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển mà đại lượng vào và ra là tần số và chúng được so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha có nhiệm vụ phát hiện và điều chỉnh những sai sót về tần số giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra, nghĩa là PLL là cho tần số ra fO của tín hiệu so sánh bám theo tần số vào fi của tín hiệu vào.
Khi không có tín hiệu lối vào Vi, điện áp lối ra bộ khuếch đại Vout = 0, bộ dao động VCO hoạt động ở tần số tự nhiên fN (được cài đặt bởi điện trở và tụ điện bên ngoài ).
Dò pha số bằng cổng EXOR
Việc sử dụng cổng EXOR so pha có hai điểm lợi là độ lợi toàn giai cao so với các cổng khác và xung ngõ ra có tần số gấp đôi bất chấp tần số ngõ vào.
Dạng sóng của bộ so pha bằng cổng EXOR như sau:
Khi thực hiện so pha bằng cổng EXOR ta có điện thế ngõ ra trung bình của bộ so pha phụ thuộc vào độ sai biệt pha như sau:
