Faz kilitlemeli döngü frekans sentezleyici pll

Hazırlayan: Kazım Pektaş pll ve faz kilitleme hakkında bilgiler Emeği geçen Kişilere Teşekkürler

Faz kilitlemeli döngünün çalışma prensibinin incelenmesi ve PLL kullanarak frekans sentezleyici devresinin gerçekleştirilmesi.

Faz kilitlemeli döngü ile ilgili düşünceler ilk defa 1930’lu yıllarda ortaya atılmış ve konuyla ilgili temel kavramlar o sıralarda açıklanmıştır.o zamandan beri PLL; haberleşmede, mesafe ölçüm tekniklerinde ve değişik enstürumantasyon uygulamalarında kullanılmaktadır.

Faz kilitlemeli döngülerin uygumla alanları;

• FM,AM,PM modülasyon ve demodülasyonunda
• Frekans sentezleyicilerinde
• İzleme filtrelerinde(tracking filters)
• Frekans kaymalı anahtarlamada
• Motor hız kontrolünde
• A/D çeviricilerde (bir VCO kullanılarak)
• Stereo/Ton dekoderlerinde
• Modemlerde
• Telemetre alıcı ve verici sistemlerinde
• Genişbantlı FM diskriminatörlerde
• Frekans çarpılmasında ve bölünmesinde
• Veri senkronize edicilerinde (data senkronizers)

PLL’nin çalışma prensibi; Şekil 1’ de bir PLL sisteminin temel blok diyagramı görülmektedir. Temel bir PLL’ de;

• Faz dedektörü
• Döngü Filtresi(Alçak Geçiren Filtre)
• Voltaj Kontrollü Osilatör(VCO)

bulunur.

VCO; uygulanan harici bir voltajla frekansı değişen bir osilatördür. Aşağıdaki şekilde; VCO’nun temel yapısı görülmektedir;

Şekil 1

PLL sistemlerinin tamamlamak için genelde osilatörler, karşılaştırıcılar ve frekans bölücüler gibi diğer elemanlar gerekir. Şekil_2’de geri beslemeli çevrimde frekans bölücünün kullanıldığı tipik bir pll’nin blok diyagramı görülmektedir;

Şekil 2

Faz dedektörü giriş frekansı fin ile geri besleme frekansı fo/N’i karşılaştırır. Faz dedektörünün çıkışı fin ile fo/N arasındaki faz farkıyla orantılı olan bir DC voltajdır. Bu DC voltaj genelde hata voltajı olarak adlandırılır.

Faz dedektörünün çıkışı, yüksek frekans bileşenlerini ortadan kaldırmak ve daha düzgün bir DC seviye üretmek için alçak geçiren filtreden geçirilir.

Döngü esnasında alçak geçiren filtrenin DC çıkışı VCO ’nun frekansını kontrol eden DC hata işareti, VCO ’nun frekansını fo/N ve fin arasındaki faz farkını minimize edecek şekilde daima kaydıracaktır. Şekil_2 deki devrede Vco’nun çıkış frekansı tam olarak giriş frekansının N katına kilitlenir.(N tamsayı) N; çıkış frekansının giriş frekansına eşit adımlarda değişecek şekilde ayarlanabilir.

Bir PLL ’nin çalışması üç ayrı durumda incelenebilir; Giriş işareti uygulamadan önce; VCO “serbest çalışma ” modundadır. Bir giriş uygulandığında VCO frekansı değişmeye başlar ve PLL “yakalama” moduna geçer. Faz dedektörünün girişlerindeki iki işaretin frekansları eşit olduğunda, PLL faz kilitlemeli moda çalışır. Kilitleme bölgesi, genelde giriş ve besleme voltajlarıyla değişir. Kilitleme bölgesinin merkez frekansı; VCO ’nun serbest çalışma frekansıyla belirlenir.

PLL’ nin kullanıldığı bir çok alan vardır. Bu deneyde ise bu uygulamalardan “frekans sentezleyici” incelenecektir.

Şekil 3

Devrenin Çalışma Mantığı; PLL’ nin çıkışı 2N2222 transistörünü sürer, transistör ise 5’e bölecek şekilde düzenlenen bir BCD sayıcıyı (7490) sürer. Frekans bölücü olarak kullanılan 7490’ın çıkışı, faz komparatörünün bir girişi olan IC LM565’ın 5 nolu ucuna uygulanır. Faz komparatörünün diğer ucuna ise bir gerilim bölücüyle genliği azaltılan ve fin frekansında bir giriş işareti uygulanır. 10K’lık pot ve 565’in ) nolu ucuna bağlanan 10 nF lık kapasitör, VCO ’nun serbest çalışma frekansını kontrol eder. 10 fF’lık kapasitör alçak geçiren filtrenin bir parçasıdır. 1nF’lık kapasite ise olabilecek osilasyonları elimine etmek için kullanılır.

Devrenin Yapılışı

Adım-1: Şekil 3 deki devreyi verilen bağlantı şekline göre kurup; entegrelerin bacak bağlantılarına dikkat etmek gerekiyor.

Adım-2: Osiloskop ayarlarını DC kuplajda yapıp; CH1=0,2V/div, CH2=2V/div yaparız.

Adım-3: Enerji verip;A ve B deki giriş işaretinin 5 saykılı olacak şekilde olacak şekilde ayarlarız.

Adım-4: CH2 kanalını kullanarak;
a)PLL çıkışını (fo)
b)Transistörün kolektör çıkışını
c)7490 frekans bölücüsünün çıkışını gözlemleriz.

Adım-5: PLL giriş işaretsiz gözlemleriz.

http://www.udea.com.
http://www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_ckt11.htm
http://www.uoguelph.ca/~antoon/gadgets/pll/pll.html
Elektronik Devre Tasarımında Op-Amp ve Lineer Tüm Devreler (Mustafa ALÇI-Sadık KARA)

Frekans Sentezleyici Nedir?

Frekans sentezleyici, analog, dijital devreler tarafından belirlenen bir frekansta dalga formu üreten cihazdır. En yaygın frekans sentezleyici, sabit frekans referansı kullanarak faz kilitli döngü (PLL) tarafından kontrol edilen voltaj kontrollü osilatör (VCO) kullanır. Frekans sentezleyiciler, alt bantta ki belirli bir frekans aralığında iletmek, almak üzere tasarlanan ekipmanlarde kullanılır.

İşlem, VCO frekansını doğrudan veya dolaylı olarak frekans referansına kilitlemeye yönlendirerek gerçekleştirilir. VCO’nun yönlendirilmesi, VCO frekansını sürekli ayarlayabilen değişken bir doğru akım (DC) voltajı ile sağlanır. VCO frekans çıkışı çok düşükse, ihtiyaç duyulduğunda frekans çarpımını uygulamak mümkündür. Benzer uygulamalarda, dijital olarak kontrol edilen osilatör, daha geniş bir frekans aralığı için ek özelliklere ve daha hızlı frekans kilitleme gibi özel özelliklere sahip gelişmiş bir VCO’dur.

Dijital frekans bölme, frekansta giriş hızı için bir integral sayı ile daha düşük olan bir bit akışı üretmek için yukarı-aşağı dijital sayaçların kullanılması işlemidir. İkili modül ön ölçekleyici, çıkıştaki frekans adımında gereken çözünürlüğü elde etmek için iki bölücü aşama kullanır. Doğru bölen şeklini ayarlayarak, VCO çıkış frekansı frekansta küçültülebilir ve PLL kilidini yeniden kurmak için yapılan referansla karşılaştırılabilir.

Basit bir frekans sentezleyicide VCO, frekans referansı, bir PLL, ön ölçekleyici, bölücü ve ilgili devreler bulunur.

Frekans sentezleyicileri radyo vericisi ve alıcı devrelerinde yaygın olarak kullanılır. Vericilerde, frekans sentezleyici, yasal emisyon gerekliliklerini yerine getirmek için yeterince doğru olması gereken taşıyıcı frekansı üretir. Alıcılar için, süper heteron alıcı, ara frekansı (IF) elde etmek için dahili osilatörün (LO) frekansını ve gelen radyo frekansı (RF) sinyalini kullanır. Alıcıda, VCO çıkışı yerel osilatör sinyalidir. Süper hetedin alıcının, alıcı sinyali artı ya da eksi istenen IF olabilen bir LO frekansı gerektirdiği belirtilmelidir.