วิชา     ระบบสื่อสารแอนะลอก                                                                                                    

หน่วยที่    6   ชื่อหน่วย    เฟสล็อคลูป                                                                                             จำนวน   6    คาบ

ใบงานที่   3    ชื่องาน     การสังเคราะห์ความถี่                                                                              จำนวน   3    คาบ

 

 

 

จุดประสงค์ทั่วไป

                   เพื่อศึกษาการสังเคราะห์ความถี่ด้วย PLL

จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม

1.    สร้างตัวสังเคราะห์ความถี่แบบ Direct จาก PLL ได้

2.    สร้างตัวสังเคราะห์ความถี่ด้วย Presealer ได้

3.    สร้างตัวสังเคราะห์ความถี่โดยใช้มิกเชอร์ได้

 

เนื้อหา

 

1.1           หลักการทั่วไปของ PLL

ต่อไปนี้เราจะกล่าวถึงหลักการสำคัญของระบบ PLL (Phase Locked Loop) โดยรายละเอียดนั้นสามารถหาอ่านได้จากคู่มือทฤษฎีและการทดลองของแผงทดลอง PLL นี้

โดยปกติระบบ PLL จะประกอบด้วยส่วนการทำงาน 3 ส่วนดังนี้

-         ตัวเปรียบเทียบเฟส

-         ตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่าน

-         ภาคกำเนิดสัญญาณที่ควบคุมด้วยแรงดัน(VCO)

 

ตัวเปรียบเทียบเฟสจะทำหน้าที่เปรียบเทียบความต่างเฟสระหว่างสัญญาณอินพุตกับสัญญาณที่ได้จากภาคกำเนิดสัญญาณที่ควบคุมด้วยแรงดัน VCO เอาต์พุตที่ได้ Vd จะแทนความหมายของค่าความต่างเฟสระหว่างสัญญาณทั้งสอง

แรงดัน Vd นี้จะนำไปผ่านตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่าน (หรือ Loop filter) แล้วจึงป้อนให้กับภาค VCO ต่อไป

สัญญาณที่ป้อนให้กับ VCO คือVe นั้นจะทำให้ความถี่ที่ได้จากภาค VCO เปลี่ยนไปตามค่าของมัน นั่นย่อมหมายความว่าความต่างเฟสของสัญญาณอินพุตกับสัญญาณจากภาค VCO จะมีค่าลดน้อยลงเมื่อระบบสามารถ

ล็อกความความถี่ได้ ซึ่งแรงดันควบคุมจะเท่ากับค่าเฉลี่ยทางความถี่ของสัญญาณอินพุต เมื่อระบบไม่มีสัญญาณอินพุต ภาค VCO จะกำเนิดสัญญาณที่มีความถี่ค่าหนึ่งเรียกว่า Free running frequency fo

 

-234-

1.2           การสังเคราะห์ความถี่ด้วย PLL

ตัวอย่างการใช้งานแบบหนึ่งของระบบ PLL คือการสังเคราะห์ความถี่ ในระบบส่วนมากที่ใช้งานนั้นจะใช้ในการสร้างความถี่ต่าง ๆ ที่มีค่าไม่ต่อเนื่อง

รูปที่ 1.2 แสดงรูปแบบการทำงานของวงจรสังเคราะห์ความถี่ ซึ่งเราสามารถสร้างขึ้นมาได้โดยใช้วงจร PLL ด้วยการแทรกตัวหารที่สามารถโปรแกรมค่าได้ระหว่างเอาต์พุตของภาค VCO กับอินพุตของตัวเปรียบเทียบเฟส

 

รูปที่ 1.1 ไดอะแกรมของระบบ PLL

 

 

ลักษณะเช่นนี้จะทำให้วงจร PLL ล็อกความถี่ที่ได้จากเอาต์พุตของตัวหารความถี่ f_Nซึ่งจะมีค่าเท่ากับความถี่

อ้างอิง f_Rและจะมีค่าดังนี้

 

                             f_R = f_N = f_o/N

จะได้

 

                             f_o = N.f_R

 

-235-

 

จากสมการที่ได้เราสามารถสร้างสัญญาณความถี่ f_o ที่มีค่าตามต้องการได้ โดยมีค่าเทียบกับความถี่ f_R ที่ถูกสเกลด้วยค่าของตัวหาร N

เพราะฉะนั้นวงจรสังเคราะห์ความถี่นี้จึงเป็นเครื่องกำเนิดสัญญาณแบบหนึ่ง โดยมีเอาต์พุตที่มีความถี่เป็นจำนวนเท่าของความถี่อ้างอิง

ถ้าต้องการให้เครื่องกำเนิดสัญญาณความถี่นี้มีค่าความถูกต้องและมีเสถียรภาพมากขึ้งทำได้โดยการใช้สัญญาณความถี่อ้างอิงที่มีความถูกต้องและมีเสถียรภาพ เพราะฉะนั้นเราจึงควรใช้ตัวกำเนิดสัญญาณแบบควอตซ์เพื่อสร้างสัญญาณความถี่อ้างอิง ซึ่งจะทำให้เราได้เครื่องกำเนิดสัญญาณความถี่ที่มีความถูกต้องและมีเสถียรภาพ

 

รูปที่ 1.2 ไดอะแกรมของวงจรสังเคราะห์ความถี่

 

1.3.1 การสังเคราะห์ความถี่ด้วยวิธี Direct

รูปที่ 1.3 แสดงวงจรอย่างง่ายที่สุดของการสังเคราะห์ความถี่ ซึ่งความถี่นั้นจะถูกสร้างขึ้นจากการทำงานของผลึกควอตซ์ และถูกหารด้วยค่า N  ซึ่งจะทำให้เราได้สัญญาณความถี่ที่ต้องการ fo เมื่อเราป้อนความถี่อ้างอิง

fR ซึ่งาจะทำให้ความถี่ทั้งสองมีความสัมพันธ์ดังนี้

 

                                      f_R = f_o/N

 

 

 

-236-

ดังนั้นสัญญาณความถี่เอาต์พุตที่ได้จึงมีค่าเป็นกี่เท่าของความถี่อ้างอิงดังนี้

 

                                      f_o = N.f_R

 

 

ตัวสังเคราะห์ความถี่แบบนี้เราจะเห็นได้จากรูปที่ 1.3 ซึ่งความถี่เอาต์พุตที่ได้จะถูกจำกัดด้วยตัวหารที่

โปรแกรมได้

 

ในปัจจุบันพบว่าเครื่องกำเนิดสัญญาณความถี่ที่ใช้ตัวหารความถี่ที่โปรแกรมได้สามารถให้สัญญาณความถี่

เอาต์พุตได้สูงสุดประมาณ 10 MHz ซึ่งเป็นค่าความถี่สูงสุด f_o

 

แต่ถ้าเราต้องการที่จะสร้างวงจรที่สามารถสร้างสัญญาณที่มีความถี่สูงกว่านี้ก็สามารถทำได้โดยใช้วิธีการใน

หัวข้อต่อไป

 

 

 

-237-

 

 

 

 

 

รูปที่ 1.3

สังเคราะห์

ความถี่ด้วย

                                                          วิธี  Direct

 

 

 

 

                            

 

 

 

 

 

-238-

1.3.2 การสังเคราะห์ความถี่ด้วยการคูณเอาต์พุต

ความถี่เอาต์พุตของเครื่องสังเคราะห์ความถี่ที่แสดงในรูปที่ 1.3 นั้นสามารถนำมาคูณด้วยค่า H โดยใช้วงจรคูณความถี่ที่มีไดอะแกรมการทำงานตามรูปที่ 1.4 ซึ่งจะทำให้ความถี่ของสัญญาณเอาต์พุตมีค่าดังนี้

 

                             f_o = N.(H.f_R)

 

แต่เครื่องสังเคราะห์ความถี่ตามรูปที่ 1.4 จะมีข้อเสียอยู่ 2 ข้อดังนี้

1)       วงจรคูณความถี่ที่เราใช้จะไม่มีปัญหาแต่ประการใด ถ้าในระบบของเรานั้นมีเพียงความถี่เดียวที่ถูกคูณ     หรือ ความถี่ที่ถูกคูณนั้นมีการเปลี่ยนแปลงไปมาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ถ้าเราต้องการความถี่ที่มีค่า

          มาก  ๆ นั้นเราจะต้องใช้วงจรที่ทำให้สามารถคูณค่าความถี่ออกมาได้อย่างถูกต้องและวงจรคูณความถี่

          ที่ใช้จะต้องมีการจำกัดแบนด์วิดธ์เพื่อให้ได้ช่วงความถี่ที่ต้องการเท่านั้น

2)      การเปลี่ยนแปลงทางความถี่เพียงเล็กน้อยจากภาค VCO ซึ่งจะทำให้ความถี่ที่คูณได้ด้วย H เกิดการ     เปลี่ยนแปลงที่มีค่ามาก

X   H

LOW-PASS FILTER

PHASE COMPARATOR

          f_R                                                                F_o                         F_o = N(H.F_R)

 

 

 

 

 

 

¸N

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

 

 

 

รูปที่ 1.4 การสังเคราะห์ความถี่ด้วยการคูณ

 

 

 

-239-

1.3.4 การสังเคราะห์ความถี่ด้วยการเปลี่ยนความถี่(โดยใช้มิกเซอร์)

เรามีวิธีการ 2 วิธีในการสังเคราะห์ความถี่ด้วยวิธีการเปลี่ยนความถี่คือ การเปลี่ยนความถี่ให้สูงขึ้น ตามรูปที่ 1.6 และการเปลี่ยนความถี่ให้ลดต่ำลง ตามรูปที่ 1.7

จากวงจรในรูปที่ 1.6 ความถี่เอาต์พุต f_oที่ได้จากการสังเคราะห์ความถี่จะถูกเปลี่ยนความถี่ให้มีค่าสูงขึ้นคือ

f_o = f_L + Nf_Rโดยใช้ตัวมิกเซอร์ และภาคกำเนิดคลื่นสัญญาณความถี่ที่ใช้ผลึกควอตซ์ในการสร้างสัญญาณความถี่

f_L

ในกรณีของวิธีการนี้ก็มีข้อจำกัดเช่นเดียวกันกับวิธีการในหัวข้อที่ 1.3.2 ซึ่งจำเป็นต้องใช้วงจรจูนที่เอาต์พุต ซึ่งทำให้วงจรมีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น

ยิ่งไปกว่านั้นภาคกำเนิดสัญญาณท้องถิ่นที่ใช้จะไม่รวมอยู่ในวงจร PLL ซึ่งทำให้ค่าความผิดพลาดที่เกิดจากภาคกำเนิดสัญญาณท้องถิ่นถูกแก้ไขด้วย PLL โดยอัตโนมัติทำให้ไม่จำเป็นต้องวงจรจูนที่เอาต์พุต แต่ภาค VCO นี้จะ

สร้างสัญญาณความถี่โดยตรงมีค่าเท่ากับ f_L + Nf_R

 

MIXER X

V C O

LOW-PASS FILTER

PHASE COMPARATOR

f_R                                                                                                 f_o = N.f_R          f_o = f_L + Nf_R

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                f_L

¸ N

                                                                                                                                                           

 

 

 

 

รูปที่ 1.6 การสังเคราะห์ความถี่โดยการเปลี่ยนความถี่ให้สูงขึ้น

 

 

 

-240-

รูปที่ 1.7 การสังเคราะห์ความถี่โดยการเปลี่ยนความถี่ให้สูงขึ้น

 

1.3           ฟังก์ชั่นถ่ายโอนและการตอบสนองทรานเชียนต์

การวิเคราะห์หาฟังก์ชั่นถ่ายโอนและการตอบสนองทรานเชียนต์นั้นมีความสำคัญมากสำหรับการออกแบบตัวสังเคราะห์ความถี่

พิจารณาไดอะแกรมในรูปที่ 1.8 ซึ่งเป็นไดอะแกรมของการสังเคราะห์ความถี่โดยแต่ละบล็อกนั้นจะมีฟังก์ชั่นถ่ายโอนบอกไว้

สัญญาณอ้างอิงที่มีเฟส q_Rและที่เอาต์พุตของภาค VCO นั้นจะมีเฟสเป็น  q_O

เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบเฟสนั้นจะแปรผันโดยตรงต่อค่าความแตกต่างระหว่างเฟสของอินพุตทั้งสองและอัตราการขาย K_Dดังนี้

 

                                                V_d = K_D( q _R   -   q_O) =  K_D       Dq       

 

ซึ่งเราสามารถป้องกันความผิดพลาดที่เกิดจากเฟสได้โดยการใช้วงจรกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่านเพื่อลดค่าความผิดพลาดและป้องกันสัญญาณความถี่สูง ทำให้เราได้แรงดัน V_d

 

 

-241-

รูปที่1.8

ไดอะแกรมตัวสังเคราะห์ความถี่

 

-242-

ฟังก์ชั่นถ่ายโอนของวงจรกรองสัญญาณคือ F(s)

ความถี่ที่ได้จากภาค VCO นั้นจะมีค่าแปรผันตามแรงดันเอาต์พุตของวงจรกรองสัญญาณ V_e

ความถี่เอาต์พุตจากภาค VCO นั้นถูกกำหนดโดยแรงดัน V_eและอัตราการขยาย K_oดังนี้

 

                                                wo =  K_O - V_e

จากรูป

                q _R(S)  =              เฟสของสัญญาณอ้างอิง

               q_O(S)  = เฟสของสัญญาณเอาต์พุต

                V_d (S)  =                แรงดันเอาต์พุตของภาคเปรียบเทียบเฟส

                F(S)     =                ฟังก์ชั่นถ่ายโอนของวงจรกรองสัญญาณ

                V_e(S)   =                แรงดันที่เกิดจากความผิดพลาด

                K_D       = อัตราการขยายของภาคเปรียบเทียบเฟส

                                                (โวลต์/เรเดียน)

                K_O           =             อัตราการขยายของ VCO

                1/N         =             ตัวหารของตัวหารความถี่

 

 

 

ปกติแล้วความถี่ก็คืออนุพันธ์ของเฟส การทำงานของภาค VCO นั้นสามารถอธิบายได้ด้วยความสัมพันธ์นี้ดังนี้

 

                                                dq_o = K_O.V_e

                                                 dt

 

จากการแปลงลาปาซของสมการข้างบนนี้เราจะได้

 

                L() =  Sq_O(S) = K_O.V_e(S)

 

เมื่อ

 

                                q _O(S) =

 

-243-

นั่นหมายความว่าเฟสเอาต์พุตของสัญญาณจากภาค VCO นั้นแปรผันโดยตรงต่อผลการอินทรีเกรตของแรงดัน

ควบคุม V_e

โดยการหาการแปลงลาปาซของสมการของระบบ PLL ทั้งหมดดังนี้

                                V_d(S) = K_D[q_R(S) - q_N (S)]

                                V_e(S) = F(S).V_d(S)

 

                                q_O(S) =                

เมื่อ

 

                                w_n =

 

                               

 

จากนั้นใช้ตัวกรองสัญญาณตามรูปที่ 1.10 ซึ่งมีฟังก์ชั่นถ่ายดอนของตัวกรองสัญญาณนี้ดังนี้

 

                                F(S) =

 

 

เมื่อ

                                t₁ = R₁C

 

เราจะได้ฟังก์ชั่นถ่ายโอนของตัวสังเคราะห์ความถี่ดังนี้

                                                                                                                                                   ₂

                                H₂ (S) =                _{2                      2}

 

เมื่อ

                                w_n =

 

                                q_N(_S) =

-244-

จากความสัมพันธ์ก่อนหน้านี้ เราสามารถหาฟังก์ชั่นถ่ายโอน H(S)  ของตัวสังเคราะห์ความถี่ได้ดังนี้

 

                                H(S) =

ซึ่งจะเห็นว่ารูปของสมการนี้จะอยู่ในรูปของฟังก์ชั่นถ่ายโอน H(s) ของตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่าน

โดยการใช้ตัวกรองสัญญาณในรูปที่ 1.9 ซึ่งมีฟังก์ชั่นถ่ายโอนดังนี้

                                                                           _V

                                F(S) =         _V                                       

 

เมื่อ

t        = RC

ดังนั้นฟังก์ชั่นถ่ายโอนของตัวกรองสัญญาณคือ

                               

                                H1(S) =        ₂                       

 

ถ้าเราใช้ค่า Damping factor t และ Natural frequency w_nแทนค่าลงในสมการล่าสุด เราจะได้

                                                                                                                                ₂

                                H(S) =                        _{2                     2}

 

เมื่อ

                               

ต่อไปทำการพิจารณาถึงสิ่งที่เกิดกับความถี่เอาต์พุตของตัวสังเคราะห์ความถี่ f_O เมื่อความถี่ f_N มีค่าน้อยกว่าความถี่เอาต์พุตที่เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงตัวประกอบการหาร N (ตามรูปที่ 1.11)

เนื่องจากระบบที่มีออร์เดอร์เท่ากับ 2 (จากฟังก์ชั่นถ่ายโอน H(S)ของตัวสังเคราะห์ความถี่ที่ได้พบว่ามีออร์เดอร์เท่ากับ 2 ) จะทำให้สัญญาณเอาต์พุตมีค่าตามสัญญาณอินพุตแต่จะมีการประวิงเวลาและการแกว่งรอบ ๆ สัญญาณอ้างอิงเกิดขึ้น

การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของกระบวนการนี้จะมีค่าขึ้นอยู่กับค่า damping factor ของตัวกรองสัญญาณ ซึ่งมีค่าขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ที่ใช้ในวงจรกรองสัญญาณนั่นเอง

รูปที่ 1.12 แสดงให้การตอบสนองทรานเชียนต์ที่ผ่านการนอรมอลไลซ์แล้วของระบบที่มีตัวกรองสัญญาณตามวงจรในรูปที่ 1.9 และในรูปที่ 1.13 เป็นการตอบสนองทรานเชียนต์ของระบบที่มีตัวกรองสัญญาณตามวงจรในรูปที่ 1.10

 

-245-

จากรูปทั้งสองเราจะเห็นได้ว่าในกรณีหลังนั้นกราฟจะมีการเปลี่ยนแปลงที่เร็วกว่ากรณีแรก นั่นคือมีการตอบสนองที่เร็วกว่าในกรณีแรก

 

 

 

                         V_in                                                                                                                                 V_out

 

 

 

                                                                                                                                C

 

 

 

 

 

                                                                รูปที่ 1.9 วงจร R-C ที่ใช้เป็นวงจรกรองสัญญาณ

                                                                        R1

                                V_in                                                                                                                                                                  V_out

 

 

                                                                                                                R2

 

 

                                                                                                                C

 

 

 

                                                รูปที่ 1.10 วงจร R-C ที่ใช้เป็นวงจรกรองสัญญาณ

 

 

 

 

-246-

                                                รูปที่ 1.11 การตอบสนองทรานเชียนต์ของตัวสังเคราะห์ความถี่

 

รูปที่ 1.12

 

 

 

 

-247-

 

รูปที่ 1.13

รายละเอียดวงจร

 

รูปที่ 2.1 แสดงไดอะแกรมของวงจรสมบูรณ์ของแผงการทดลอง ซึ่งประกอบด้วย

-          ตัวเปรียบเทียบเฟสและ VCO

-          Prescaler

-          ตัวหารแบบโปรแกรมได้โดยการปรับโรตารี่สวิตช์

-          ตัวหารแบบค่าคงที่

-          ออสซิลเลเตอร์แบบใช้ผลึกควอตซ์

-          มิกเซอร์

-          ตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่าน

 

 

 

 

 

-248-

-         
ในหัวข้อถัดไปเราจะได้อธิบายถึงรายละเอียดในแต่ละส่วนของวงจรของตัวสังเคราะห์ความถี่หลาย ๆ แบบ

 

รูปที่ 2.1 วงจร

 

2.1 ตัวสังเคราะห์ความถี่แบบ Direct

โดยการใช้วงจรในรูปที่ 2.1 เราสามารถสร้างตัวสังเคราะห์ความถี่แบบ Direct ได้ตามวงจรในรูปที่ 2.2

ซึ่งเราจะใช้

-          ออสซิลเลเตอร์แบบควอตซ์ที่มีตัวหารแบบค่าคงที่ (IC11 – IC1-IC2 –IC3 – IC4A)

-          ตัวเปรียบเทียบเฟส(IC9A)

-          ตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่าน(R10 –R11 –C4)

-          VCO(IC9B)

-          ตัวหารแบบโปรแกรมได้(IC5-IC6-IC7)

ต่อไปจะเป็นส่วนอธิบายหลักการทำงานของวงจรในแต่ละส่วน

 

 

 

-249-

2.1.1 ออสซิลเลเตอร์แบบควอตซ์

ออสซิลเลเตอร์นี้จะใช้เกท NAND 2 ตัว โดยมีการป้อนกลับผ่านผลึกควอตซ์ที่มีความถี่ 1 MHz

ตัวเก็บประจุแบบปรับค่าได้ CV1 ถูกใช้สำหรับปรับค่าความถี่ให้ถูกต้อง ส่วนเกทตัวที่สามที่เชื่อมต่อระหว่างออสซิลเลเตอร์กับวงจรที่เชื่อมต่อกับออสซิลเลเตอร์นั้นจะทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์

ถ้าเราต้องการสร้างสัญญาณความถี่ต่ำ (ซึ่งทำได้ยากในกรณีที่ใช้ออสซิลเลเตอร์แบบผลึกควอตซ์ในการสร้าง) สามารถทำได้โดยการต่อวงจรหาร 10 สามวงจร (IC1 – IC2-IC3) เพื่อหารความถี่ของสัญญาณที่ได้เช่น

 

                                                1000 kHz/1000 = 1 kHz

ซึ่งจะใช้วงจรนับสำหรับการหารสอง(โดยใช้ฟลิปฟลอป IC4 ในการสร้าง) หารอีกครั้งสำหรับเหตุผลนั้นจะอธิบายในหัวข้อที่ 2.1.4 ซึ่งเราจะได้ความถี่อ้างอิง

                                                f_R = 500 Hz

และใช้ทรานซีสเตอร์ T1เชื่อมต่อระหว่างวงจร TTL(IC4) และวงจร CMOS(IC9A)

2.1.2 ตัวเปรียบเทียบเฟส,ตัวแสดงการ  “lock”    และตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำผ่าน

วงจรรวม IC9(CD4046 ดูรายละเอียดและคุณสมบัติในภาคผนวกท้ายเล่ม)จะประกอบด้วยวงจรเปรียบเทียบเฟส,ภาคกำเนิดสัญญาณด้วย VCO ซึ่งจะได้อธิบายในหัวข้อถัดไปโดย CD4046 นั้นจะมีตัวเปรียบเทียบเฟสอยู่ 2 แบบ โดยแบบแรกนั้นจะใช้วิธีการ Exclusive-OR ส่วนอีกแบบหนึ่งนั้นจะใช้วิธีการ Edge-trigged(เช่นจะทำงานเมื่อขอบขาขึ้นของสัญญาณเข้ามาที่อินพุต)

ในกรณีนี้เราจะใช้ตัวเปรียบเทียบเฟสแบบสุดท้าย ซึ่งจะมีรายละเอียดการทำงานดังนี้

สัญญาณอ้างอิง f_R จะป้อนเข้าที่ขา 14 และสัญญาณป้อนกลับที่ได้จากตัวหารแบบโปรแกรมค่าได้จะป้อนเข้าที่ขา 13

ตัวเปรียบเทียบเฟสจะทำงานเมื่อขอบของสัญญาณปรากฎ นั่นหมายความว่าในระหว่างดิวตี้ไซเกิ้ลนั้นจะไม่มีอะไรเกิดขึ้น

ถ้าสัญญาณอ้างอิงมีเฟสนำหน้าสัญญาณจากตัวหารแบบโปรแกรมได้จะทำให้เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบเฟส

(ขา 13) มีค่าสูงในช่วงระหว่างเวลาของขอบของสัญญาณทั้งสอง(ดูรูปที่ 2.3)

ถ้าสัญญาณทั้งสองมีเฟสเดียวกันจะทำให้เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบสัญญาณเสมือนเปิดวงจร แต่ถ้าสัญญาณอ้างอิงมีเฟสล้าหลังสัญญาณจากตัวหารแบบโปรแกรมค่าได้ จะทำให้เอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบสัญญาณมีค่าต่ำ ดังนั้นในขณะที่อยู่ในสภาพ “no lock” จะทำให้เราได้สัญญาณพัลส์สลับกันระหว่างพัลส์บวกและพัลส์ลบ และจะทำให้เกิดการประจุและคายประจุกับตัวเก็บประจุของตัวกรองสัญญาณ ซึ่งเอาต์พุตของตัวกรองสัญญาณนี้จะได้แรงดันไฟฟ้าเพื่อนำไปขับภาค VCO จนกระทั่งระบบอยู่ในสภาพที่สามารถ “lock” ได้

เมื่ออยู่ในสภาพนี้แล้วเอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบเฟสสัญญาณจะเสมือนเปิดวงจรและทำให้ตัวเก็บประจุรักษาค่าแรงดันของตัวไว้สำหรับควบคุมการทำงานภาค VCO ให้ถูกต้องต่อไป

 

-250-

รูป 2.2

DIRECT SYNTHESIZER

 

-251-

ตัวกรองสัญญาณจะมีคุณสมบัติตามมารตรฐานที่ได้ออกแบบไว้จากโรงงานผู้ผลิตตัวไอซีดังนี้

 

 

F_R (pin 14)

 

 

 

 

 F_N (pin 3)

 

 

 

 

OUTPUT(pin 13)

OF

PHASE COMPARATOR                                                                                                                                                low

 

 

OUTPUT OF

 

LOW-PASS FILTER

OUTPUT OF   high

 

LOCK INDICATOR

(pin 1)

                                                low

 

รูปที่ 2.3 รูปคลื่นของตัวเปรียบเทียบเฟส

 

 

 

 

-252-

 

 

เมื่อ

 

 

                                N  คือค่าของตัวหารในส่วนของการป้อนกลับ

                                f_max คือความถี่เอาต์พุตสูงสุด

                                f = f_max - f_min

 

วงจรรวมจะส่งสัญญาณที่มีระดับแรงดันสูงไปยังขา 1 เมื่อระบบ PLL สามารถล็อกความถี่ได้ และจะส่งสัญญาณที่มีระดับแรงดันต่ำไปแทนในกรณีกลับกัน (ดูรูปที่ 2.2)

สัญญาณนี้จะถูกกรองโดย R7 – C2 แล้วนำไปขับทรานซีสเตอร์ T3 และ LED เพื่อใช้ในการแสดงสภาพการทำงานของ PLL

 

2.1.3 ภาค VCO

ใช้ไอซี CD4046 ที่มีวงจรของภาค VCO อยู่ภายใน

โดยจะรับแรงดันควบคุมที่ได้จากวงจรกรองสัญญาณความถี่ต่ำที่ขา 20 และส่งสัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยมไปยังเอาต์พุตที่ขา 4

จากรายละเอียดของโรงงานผู้ผลิตทำให้เราทราบได้ว่าความถี่กึ่งกลาง ความถี่สูงสุดและความถี่ต่ำสุดนั้นจะถูกกำหนดโดยตัวเก็บประจุที่ต่อระหว่างขา 6 และ 7 และตัวต้านทานที่ต่ออยู่ระหว่างขา 11 และ 12 ซึ่งเป็นไปตามสมการดังนี้

 

                               

 

                                               

                                               

                               

 

 

 

-253-

ช่วง Capture range และ Lock range จะมีค่าเท่ากัน ซึ่งจะมีค่าดังนี้

 

                                f_max  -  f_min

 

ช่วง Lock range คือข่วงของความถี่ที่มีค่าใกล้ f_O ซึ่ง PLL ยังคงสามารถล็อคความถี่ให้ใกล้เคียงกับสัญญาณ

อินพุตได้

ช่วง Capture range ปกติจะมีค่าต่ำกว่า Lock range โดยเป็นค่าที่บอกช่วงของความถี่ที่ใกล้ f_O ที่ PLL สามารถจะล็อคความถี่ได้