В чем разница между фазовыми замкнутыми контурами первого, второго и третьего порядка?

10

Что представляет собой заказ PLL? Каковы недостатки в PLL для порядка 1 и 2 по сравнению с порядком 3? Как выбрать тип pll для такого приложения, как демодулятор QPSK?

pll

— Aparna
источник

1

Обратите внимание, что VCO действует как фильтр 1-го порядка, потому что передающая функция PLL определена в домене PHASE. Это означает: фильтр ФАПЧ первого порядка создает ФАПЧ 2-го порядка.

— LvW

1

@LvW Вы правы, но ваш комментарий немного сбивает с толку. То, что вы называете «PLL-фильтром», обычно называют «контурным фильтром». Таким образом, фильтр цикла 1-го порядка создает PLL 2-го порядка и т. Д.

— Sagie

7

Мне кажется, что принятый ответ (от Sparky256) рассматривает ФАПЧ просто как фильтр и полностью игнорирует его реальное назначение - систему управления, контролирующую фазу сигнала. Порядок системы управления означает ее количество внутренних состояний. В системе с одним входом состояния за пределами первого состояния (порядка) эквивалентны производным управляемой переменной.

В частности, в ФАПЧ контролируемой переменной обычно является фаза сигнала. ФАПЧ пытается произвести фазовую блокировку. Итак, первый порядок предназначен для фазовой переменной / состояния, второе состояние является производной от первого состояния - частоты и т. Д.

Для простого синтезатора частоты может быть достаточно ФАПЧ первого порядка, но при использовании демодулятора QPSK ФАПЧ первого порядка, вероятно, будет отсутствовать, поскольку любое смещение несущей частоты между модулятором и демодулятором всегда будет приводить к постоянному запаздыванию фазы, которое может быть устранено только с помощью Второй заказ PLL. Фазовая задержка означает, что каналы I и Q не могут быть зафиксированы (они постоянно «двигаются»). Следовательно, демодулятор QPSK должен иметь PLL как минимум с 2 состояниями (т.е. 2-го порядка или выше).

Кроме того, вопреки некоторому представлению, распространенному в комментариях и ответах, более высокий порядок не замедляет работу системы и не ускоряет ее. Время отклика определяется всеми параметрами системы, главным образом, значением ее коэффициентов (или положением ее полюсов и нулей в жаргоне конструкции фильтра).

— Sagie
источник

Я понял фактическое значение порядка в PLL из вашего ответа. Спасибо.

— Aparna

7

Я нашел эту ссылку на удивительный документ, в котором изложены мелкие детали вплоть до фильтров 4-го порядка.

Порядок фильтрации относится только к числу полюсов, используемых для фильтрации выходного сигнала компаратора фазы, поэтому он обеспечивает плавное напряжение ошибки постоянного тока для ГУН.

Фильтры 1-го порядка - это на самом деле только характеристики фильтра ГУН, требующие минимального времени для установления (нулевой фазы) изменения частоты или отслеживания фазы. Выходное напряжение необработанного фазового компаратора подается на ГУН (генератор, управляемый напряжением) с отфильтрованными только пиками шума. Этот тип обеспечивает быстрое отслеживание изменений частоты и быстро фиксирует новейшие настройки, но может иметь ошибочный выход, пока не будет зафиксирован на новой частоте.
Фильтр 2-го порядка имеет 1 каскад RC, либо пассивный, либо с использованием операционного усилителя для более резкого спада. Он немного медленнее фиксируется на новой частоте (нулевой фазе), но менее неустойчив в успокоении и стабильности. Рекомендуется для большинства конструкций PLL.
Фильтр 3-го порядка использует дополнительный операционный усилитель и двойные RC-сети. Он устанавливается медленнее, чем другие, но лучше переносит FSK / QFSK / QPSK, оставаясь стабильным даже при сложных схемах модуляции. Сети RC должны быть настроены на заданный диапазон скоростей передачи, чтобы фактическое изменение скорости передачи данных отслеживалось как можно быстрее.
Цикл PLL всегда должен быть в состоянии быстро найти и зафиксировать на новой несущей частоте, иначе произойдет потеря данных, что приведет к повторной отправке пакетов данных или отправке команды EOF / EOL / EOT. К счастью, быстрые MPU могут эмулировать или иметь встроенные функциональные блоки ФАПЧ, поэтому использование аналоговых фильтров и дискретных схем ФАПЧ встречается редко. Используйте QPSK в качестве поискового запроса, и вы найдете множество вспомогательных ИС и готовых к использованию модулей. Будьте осторожны с любым «специальным» программным обеспечением или лицензионными соглашениями.

Для более подробной информации о FSK и QPSK.

— Sparky256
источник

Фильтр 2-го порядка не имеет только 1 каскада RC. Фильтры первого порядка на самом деле являются фильтрами, несмотря на то, что вы говорите. Фильтр третьего порядка - это не то, что вы описываете.

— Энди ака

третий порядок дает нулевую разность фаз между входным сигналом и сигналом блокировки?

— Апарна

1

@aparna Они все имеют нулевую разность фаз в заблокированном состоянии. Разность фаз зависит только от фазово-частотного детектора, а не от порядка петли.

— Bimpelrekkie

1

Sparky, вы смешали порядок PLL с порядком фильтра PLL. Оба отличаются на порядок «1», потому что ГУН действует как фильтр первого порядка (в отношении фазового отклика).

— LvW

1

@aparna PLL - это система с обратной связью, порядок системы определяет количество полюсов и нулей в цикле. Это влияет на динамическое поведение цикла. Он позволяет выбирать между быстрой петлей (может быстро менять частоты), но за счет перерегулирования. Или более медленный цикл, который является более стабильным. Также порядок системы определяет, насколько подавленные частоты подавляются (больше для более высокого порядка). Кроме того, петли высшего порядка обычно сложнее спроектировать и получить правильные.

— Bimpelrekkie

3

Эти ответы скрыты теоретическими терминами и деталями реализации. Первоначальный вопрос выбора ФАПЧ для демодуляции схемы фазовой модуляции, такой как QPSK, в конечном итоге не рассматривается.

Демодуляция не зависит от порядка ФАПЧ.

Вкратце, давайте рассмотрим заказы.

$x$ $x \pm \Delta x$ $\Delta x$
ФАПЧ второго порядка, поскольку они имеют то, что называется интегратором, устраняют проблему фазовой ошибки.

Конец обсуждения порядка PLL.

Демодуляция QPSK или BPSK с помощью ФАПЧ зависит от вашего детектора ошибок. Для простоты давайте обсудим BPSK в следующем:

Чтобы демодулировать сигнал BPSK с использованием ФАПЧ, мы модифицируем детектор ошибок ФАПЧ так, чтобы VCO контура блокировался на 0 или 180 градусов относительно входного сигнала. Таким образом, выходной сигнал ГУН ФАПЧ находится либо в фазе, либо на 180 градусов в противофазе с входом. Что касается цикла, то из-за модифицированного детектора ошибок он считает, что имеет нулевую ошибку.

Когда вход переключает фазу, контур снова ничего не должен делать, потому что цикл будет фиксироваться на 0 или 180 градусов. Однако некоторые сигналы в контуре изменятся с положительного на отрицательный, и вы можете использовать это изменение, чтобы определить, переключен ли сигнал фазы.

Та же концепция распространяется на QPSK, где ФАПЧ не обнаруживает изменения фазы во входном сигнале на 90, 180 и 270 градусов.

ФАПЧ, которое может демодулировать BPSK, называется циклом Костаса.

Я написал эту статью о том, как реализовать цикл Костаса в программном обеспечении, который содержит всю информацию, которую я подробно упомянул здесь.

— Робби Васаби
источник

Спасибо за ваш ответ. Я проверю вашу газету.

— Aparna

1

FakeMoustache пишет: «Все они имеют нулевую разность фаз в заблокированном состоянии»

Наша терминология может отличаться, но, насколько я понимаю, в конструкции первого порядка разность фаз используется как сигнал ошибки (с усилением) и управляет ГУН, поэтому фазовая ошибка в замке зависит от частоты. Проект второго порядка объединяет разность фаз для получения управляющего напряжения ГУН, поэтому фазовая ошибка равна нулю при фиксированной частоте и обычно зависит от скорости изменения частоты, отслеживаемой для медленно меняющегося сигнала. Для дизайна третьего порядка ошибка будет зависеть от второй производной и так далее.

— Fleetfoot
источник

0

Извините за мой английский. На мой взгляд, порядок фильтра петли зависит от производительности, которую вы хотите получить. Обычно низкий порядок имеет быструю блокировку, но плохую производительность в отношении паразитного затухания; Кроме того, используя контурный фильтр более высокого порядка, можно также распознать оптимальную форму фазового шума. Обычно аналог ФАПЧ, основные паразитные является rapresented от нежелательного сигнала за счетом опорного сигнала. Этот сигнал можно легко очистить с помощью простого фильтра (например, второго порядка). В цифровой системе ФАПЧ (например, в системе ФАПЧ, имеющей зарядный насос) нежелательный сигнал имеет более низкие частоты (например, fref / [2 или 3 ...]). Для получения чистого выходного спектра может потребоваться использование петлевого фильтра более высокого порядка (порядок 3 ° или 4 °); в тех же случаях возможно также уменьшить пропускную способность петли. Таким образом, увеличивается время, необходимое для блокировки.

— ant_m
источник