Page 1. Elettronica delle telecomunicazioni 2002 DDC 1. Politecnico di Torino Facoltà dell Informazione. Contenuti del Gruppo B

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1 Modulo Politecnico di Torino acoltà dell Informazione Elettronica delle telecomunicazioni Anelli ad aggancio di fase (PLL) B2 - Caratteristica fase/frequenza» Demodulatori di fase» PD e pompa di carica» Caratteristica a farfalla» cattura e mantenimento Contenuti del Gruppo B Principio di funzionamento del PLL Schema a blocchi, ordine, parametri, errore di fase, Circuiti per PLL Demodulatori di fase, circuiti a pompa di carica e rumore di fase Applicazioni Demodulatori AM, M, SK, PSK Sintetizzatori interi e frazionari, sintesi digitale diretta (DDS) data recovery e sincronizzazione clock Laboratori 2 e 3: Campi di cattura e mantenimento, sintetizzatore frazionario DDC DDC Contenuti di questa lezione (B2) Segnali analogici Demodulatori di fase analogici e digitali tipi di segnali demodulatore di fase analogico demodulatore digitale a XOR, altri demodulatori digitali PD, pompa di carica Caratteristica a farfalla anello aperto e anello chiuso campo di cattura e campo di mantenimento Riferimenti nel testo Caratteristica a farfalla 3.4 Demodulatori di fase 3.6.1, Segnali Vi e Vo sinusoidali PLL agganciato, quindi isofrequenziali Demodulatore di fase con moltiplicatore analogico si utilizza il battimento differenza (DC in aggancio) caratteristica sinusoidale campo limitato linearizzazione in prossimità dell origine DDC DDC Demodulatore di fase analogico analogico - parametro Kd Campo limitato a ± π/2 Caratteristica non lineare (sinusoidale) Con analogico: Km: fattore di scala del moltiplicatore, costante Kd è legato ai valori di picco di Vi e Vo Vo: dal, costante Vi: segnale di ingresso, generalemente variabile I parametri di un PLL con demodulatore analogico dipendono dall ampiezza del segnale di ingresso compressore di dinamica all ingresso DDC DDC Page DDC 1

2 Segnali digitali Demodulatore digitale a XOR Definizione di sfasamento per segnali digitali ritardo tra fronti omologhi rapportato al periodo Segnali con duty cycle 50% Segnali sen/sen caratteristica Vd(θe) DDC DDC Demodulatore digitale a SR - Segnali con duty cycle qualsiasi Segnali impulsivi Ricondursi a uno dei casi precedenti dividere :2 - usare XOR ricavare impulsi dalle transizioni - usare indipendente dal duty cycle circuito sequenziale (asincrono) specifico demodulatori fase-frequenza (PD) DDC DDC Demodulatori fase-frequenza Demodulatore-filtro a pompa di carica Impulsi su A/B segnalano anticipo/ritardo tra Vi e Vo Se perfettamente in fase: A = 0, B = 0 Il circuito sente le transizioni (L-H) Ha comportamento indipendente dal duty cycle Le uscite A e B comandano due interrutori A = 1 fa salire Vc B = 1 fa scendere Vc Per A = 0 e B = 0 Vc rimane costante Comportamento analogo a un integratore DDC DDC Page DDC 2

3 Demodulatori di fase misti analogici e digitali Vi analogico, Vo digitale moltiplicatori amplificatori a guadagno commutato caratteristica sinusoidale Diversa definizione per θe! sen/cos sen/sen Vddig Vdana Differenza tra demodulatori Analogici e Digitali diverso riferimento per lo sfasamento» traslazione delle caratteristiche sull asse θe Kd dipendente / indipendente da Vi Vd a riposo 0 π/2 θeana Valore a riposo metà dell escursione può essere diverso da 0/GND 0 π/2 θe a riposo θedig DDC DDC Contenuti di questa lezione (B2) Caratteristica a farfalla Demodulatori di fase analogici e digitali tipi di segnali demodulatore di fase analogico demodulatore digitale a XOR, altri demodulatori digitali PD, pompa di carica Caratteristica a farfalla anello aperto e anello chiuso campo di cattura e campo di mantenimento Riferimenti nel testo Caratteristica a farfalla 3.4 Demodulatori di fase 3.6.1, Obiettivo:» determinare il campo in cui rimane agganciato» determinare il campo in cui acquisisce l aggancio Struttura del PLL» segnali sinuosoidali» a moltiplicatore Procedimento: ricavare Vc(ω)» ad anello aperto» ad anello chiuso» considerando effetti del II ordine Analizzare l effetto dei parametri DDC DDC Caratteristica ad anello aperto - a Caratteristica ad anello aperto - b Anello aperto tra filtro e pilotato con Vc a riposo o = or è il battimento tra i e or: componente somma eliminata dal filtro componente differenza compare su» sinusoide d = i - or» attenuazione del filtro legata a d ha ampiezza legata allo scostamento tra i e or» massimo per i prossima a or» nulla per i molto diversa da or» andamento legato a (ω) 0 ω or ω I DDC DDC Page DDC 3

4 Caratteristica ad anello chiuso - a Caratteristica ad anello chiuso - b controlla il Per i molto diversa da or è molto attenuato dal filtro praticamente = 0; correzione nulla i si avvicina a or diminuisce l attenuazione del filtro aumenta il segnale di correzione Aggancio quando sposta il fino a o = i ω or ω Io, = K O ω I, ω o Per o = i, d = 0 e il filtro non attenua l aggancio viene mantenuto fino a quando il segnale di correzione è sufficiente DDC DDC Comportamento ad anello chiuso Campi di cattura e di mantenimento 1: Aumentando la frequenza di ingresso cresce il segnale Vc. 2: Quando Vc ha ampiezza sufficiente, o = i: PLL agganciato. 3: In aggancio Vd è una continua, e non viene attenuata da (s). 4: L aggancio rimane fino alla massima tensione ottenibile sulla Vd. 4 ω Io, = K O ω I, ω o ω or C: campo di cattura M: campo di mantenimento DDC DDC Campi di cattura e di mantenimento Esercizio 3.1 Il campo di mantenimento dipende solo dai parametri in continua (guadagno di anello in DC) Il campo di cattura dipende dai parametri in continua e dal filtro di anello (s) Il guadagno di anello dipende da Kd, (0), Ko Per analogici Kd è legato all ampiezza dei segnali Vi e Vo Un PLL ha» : or = 25 khz, Ko = 4 khz/v» iltro: cella RC» C = khz, M = khz Viene applicata la sequenza di i (variazioni lente) 5, 8, 12, 16, 22, 25, 28, 34, 38, 32, 24, 32, 42, 34, 32, 28» Indicare caso per caso lo stato del PLL» Indicare il valor medio di Vc Come cambia il campo di mantenimento M se (0)=0,5? Come cambiano C e M se viene dimezzata la pulsazione del polo di (s)? DDC DDC Page DDC 4

5 Campi di aggancio secondari Modulazione del La condizione di aggancio corrisponde a battimento 0 tra Vi e Vi: ω i = ω o La frequenza del segue la Vc, quindi a PLL non agganciato varia attorno a ω or Il battimento su Vd non è sinusoidale Se uno dei segnali contiene armoniche, può esserci aggancio per battimento 0 su una delle armoniche ω i = 3 ω o,. Le armoniche sono presenti in caso di: segnali a onda quadra (o sinusoidali distorti) saturazione del DDC DDC Effetto della modulazione del Effetto del battimento asimmetrico Variazione dell ampiezza del battimento legata al segno dell errore quando o si avvicina a or diminuisce la frequenza differenza, e diminuisce l attenuazione dovuta a (s) La modulazione del rende asimmetrico il battimento. Il verso della variazione è tale da ampliare il campo di cattura. Variazione del campo di cattura sempre in aumento Il campo di mantenimento rimane costante dipende solo dai parametri DC DDC DDC Visualizzazione della caratteristica Esempi di caratteristica a farfalla - 1 Disposizione degli strumenti per visualizzare direttamente la caratteristica a farfalla Campi di cattura (C) e di mantenimento (M) con diversa (s) DDC DDC Page DDC 5

6 Esempi di caratteristica a farfalla - 2 Sommario lezione B2 Campi di aggancio secondari ampiezza ridotta perchè le armoniche hanno ampiezza minore della fondamentale Demodulatori di fase analogici e digitali tipi di segnali demodulatore di fase analogico demodulatore digitale a XOR, altri demodulatori di fase digitali PD, pompa di carica Caratteristica a farfalla disposizione dei moduli caratteristica ad anello aperto caratteristica ad anello chiuso campo di cattura e campo di mantenimento DDC DDC Prossima lezione (B3) Analisi con rumore all ingresso rumore di fase banda equivalente PLL come filtro Oscillatori a frequenza variabile: e CCO classificazione e caratteristiche esempi di /CCO L-C e I-C rumore di fase nei Riferimenti nel testo Analisi con rumore 3.3 oscillatori a frequenza variabile () DDC Page DDC 6