¿Seleccionar frecuencia de corte del detector de fase? Demodulación de FM de bucle de bloqueo de fase

Al construir un bucle de bloqueo de fase, el propósito del filtro de paso bajo no se comprende bien.

Cuando envuelve un bucle de retroalimentación de fase alrededor de un VCO, la integración de la frecuencia a la fase provoca una caída de 20 dB por década en la ganancia de bucle abierto con la frecuencia. Es esta ganancia decreciente la que le brinda un comportamiento de paso bajo inevitable para el bucle de bloqueo de fase en su conjunto. Puede elegir el ancho de banda donde la ganancia del bucle pasa por la unidad eligiendo la ganancia del bucle. En frecuencias de modulación por debajo del ancho de banda del bucle, la salida PLL sigue a la entrada, en frecuencias de modulación superiores las rechaza.

Tenga en cuenta que aún no he mencionado ningún filtro de paso bajo. No es necesario para la operación . No es necesario para la estabilidad . Sin embargo, se necesita para obtener un mayor rendimiento , un mejor seguimiento de la entrada dentro del ancho de banda del bucle, un mejor rechazo de la entrada y de la salida PSD duplicada fuera del ancho de banda del bucle.

El filtro de bucle se diseña mejor como algo que se agrega, después de haber diseñado un bucle estable que funcione con el ancho de banda correcto. Debe tener ganancia unitaria en el ancho de banda del bucle, o cambiará el ancho de banda del bucle. Debe tener un cambio de fase bajo, mucho menos de 90 grados, en las pocas octavas alrededor del ancho de banda del bucle, o hará que el PLL sea inestable.

Con esa introducción, su PSD y filtro...

Si desea demodular la modulación FM a 25 kHz, entonces el ancho de banda de su bucle PLL debe ser significativamente mayor que esto, digamos 50 kHz. Dadas las ganancias de VCO y PSD, elija una ganancia de amplificador en su bucle para obtener una ganancia unitaria a 50 kHz.

Si desea que el bucle resultante sea estable, cualquier cambio de fase de un filtro de paso bajo debe ser pequeño a 50 kHz. Si solo usa un filtro de paso bajo de un solo polo, entonces una frecuencia de ruptura de 100 kHz le brinda un cambio de fase de aproximadamente 30 grados a 50 kHz, incluso una ruptura de 50 kHz le daría 45 grados. Tenga cuidado al acercarse demasiado al ancho de banda del bucle. Todos los circuitos tienen polos de paso bajo adicionales de GBW opamp finito, capacitancias parásitas, etc., lo que aumentará el cambio de fase a altas frecuencias. Todavía debe estar bien alejado de los 90 grados cuando todos estos extras no deseados se agregan a su filtro de paso bajo explícito.

Si usa un lazo de tipo 2, con un integrador adicional a baja frecuencia, entonces debe empujar las rupturas más lejos, con una ruptura de paso bajo a 160 kHz y una ruptura de integrador rota a 16 kHz, una década en frecuencia entre ellos, geométricamente centrada en el ancho de banda de su bucle.

Puede utilizar un filtro de paso bajo superior al primer orden. El criterio principal es que debe rechazar la salida duplicada del PSD, mientras aún tiene un cambio de fase de << 90 grados en el ancho de banda de su bucle. También sería bueno rechazar el 1MHz fundamental en el PSD, los PSD reales no tendrán un rechazo infinito. Esto significa que un orden superior de 500 kHz sería razonable. Haga un diseño y use un simulador para verificar el cambio de fase en el ancho de banda del bucle.

Reconocerá que esta no es la forma en que generalmente se nos enseña a diseñar PLL. Comienza con el filtro de bucle en su lugar y lo coloca de modo que el factor de amortiguación sea el correcto. Sin embargo, mi método de diseño le brinda más información sobre los fundamentos. Y si el cambio de fase del filtro de bucle es mucho menor que 90 grados, digamos en la región de 30-50 grados, el factor de amortiguamiento será razonable. Nadie coloca un PLL sin probarlo, y durante la prueba tiene la oportunidad de ajustar la amortiguación mientras observa su comportamiento transitorio. Tenga en cuenta que muchos VCO de RF tienen una ganancia de voltios a frecuencia que varía en 2:1, incluso 3:1, en su rango, lo que cambia la ganancia del bucle y, por lo tanto, el ancho de banda y la amortiguación. El diseño de PLL se convierte en un compromiso entre la estabilidad y el comportamiento transitorio en el rango, ir desde la dirección de amortiguación no lo ayudará. Curiosamente, el bucle de tipo 2, debido a que el cambio de fase del integrador aplana la curva de cambio de fase del filtro de paso bajo, da como resultado un cambio menor del factor de amortiguamiento con una ganancia de VCO variable que un bucle de tipo 1. Ahora, ¿quién lo habría visto a partir de las ecuaciones del factor de amortiguamiento?

Esto significaría que la señal modulada entrante tendría un rango de frecuencia de 800kHz a 1200kHz.

No, el ancho de banda ocupado es de 200 kHz por lo que la parte útil de la señal (para demodulación) es de 900 kHz a 1100 kHz.

Esto significa que después del multiplicador en el detector de fase, el componente de doble frecuencia cambiaría a un rango de 1600kHz a 2400kHz.

No, la "frecuencia suma" será 1 MHz + (900kHz a 1100kHz) => 1,9 MHz a 2,1 MHz.

¿Seleccionaría la frecuencia de corte del filtro de paso bajo por debajo de 1600 kHz para eliminar estas frecuencias más altas?

Todo depende de cómo quieras demodular...

Si va a utilizar la demodulación en cuadratura, entonces filtra la salida del mezclador para obtener un nivel de CC que le permita generar la portadora pura a través del control VCO. Luego puede usar esta frecuencia y la frecuencia entrante para generar la salida demodulada.

O, si está utilizando el VCO del PLL para rastrear la señal de FM modulada entrante, configure el ancho de banda del filtro en algún lugar un poco por encima del ancho de banda de la señal de banda base y use esa salida como la señal demodulada.