V2 Phase Locked Loop (PLL) v1 PDF

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Praktikum Digitale Übertragungstechnik (DÜP) Erläuterungen und Aufgabenbeschreibungen

Versuch 3:

Phase Locked Loop (PLL) Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung

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Bild 1: Frontplatte des Gehäuses mit der Abbildung der PLL-Schaltung

Vorbereitung: Das Leistungsdichtespektrum (LDS) eines unipolaren RZ Datensignal mit 50% Duty, d.h. mit Rechtecksignalen der Breite Ts/2 ist allgemein zu berechnen. Die zugrundeliegenden Datenwert {0,1} können als unkorreliert betrachtet werden und treten mit gleichverteilt

ˆ sein. auf. Die maximale Signalamplitude des Zeitsignals soll U Zeigen Sie, dass das Spektrum bei der Symbolfrequenz FS eine Linie aufweist und damit als Eingangssignal für eine PLL geeignet ist. Skizzieren Sie das berechnete LDS. Zusatzfragen zum Verständnis: Überlegen, Sie wie viel Prozent der Gesamtsignalleistung im Sinussignal der Frequenz FS enthalten ist. Diskussion erfolgt im Praktikum. Tipp: Überlegen Sie immer, ob sich eine Leistung im Zeit- oder Frequenzbereich leichter berechnen lässt. Hinweis: Bei den Aufgaben im Folgenden können und sollen Sie immer auf die unter 5. angegebenen Gleichungen zurückgreifen.

Auswertung •

Diskutieren Sie die Ergebnisse der Aufgaben, d.h. die technischen Fakten.

•

Feedback: o Was haben Sie persönlich im Praktikum gelernt? o Was ist offen oder unklar geblieben? o Sonstige Kommentare und Bemerkungen.

03.05.17

Versuch 3: Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung

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Aufgaben A1. Übertragungsverhalten des VCO,

fVCO = f (U VCO i )

Steckbrücke A verwenden. Die Frequenz des VCO ist in Abhängigkeit von UVCOi zu messen und grafisch darzustellen. In der Grafik ist die theoretische Kurve nach Gleichung (2) mit darzustellen. UVCO i = 0 ... UB; Aus der Messung ist die VCO-Konstante Ko zu ermitteln. Außerdem: URef messen und Mittenfrequenz festlegen.

(

)

A2.Übertragungsverhalten des Phasendetektors, I p = f ϕ UeU , ϕ , bei der Mittenfrequenz Steckbrücke C verwenden. Erzeugung einer variablen Eingangsphase mit zwei Funktionsgeneratoren HP 33120A oder einem Agilent 33500B laut Messschaltung; Messung der Phasendifferenz mit dem Oszilloskop. Der Phasendetektor-Ausgangsstrom muss zwischen Up und Uref gemessen werden (Uref = internes Bezugspotential); Messung mit Multimeter. Meßschaltung:

Bild 2: Messschaltung für Aufgabe 2. Messung mit

Ue = Uϕ = 0,5 Vpp

Aus der Messung sind Ipmax , Ipmin und die Phasendetektorkonstante KD= zu ermitteln. (Siehe Gleichungen unter 5.)

∆Ip ∆ϕ e

Als Frequenzgeneratoren steht Ihnen ein Agilent 33500B mit zwei internen Generatoren zur Verfügung. Die Erklärung erfolgt im Praktikum. 03.05.17

Versuch 3: Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung

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A3.Statisches Übertragungsverhalten der PLL, Ua = f ( fe) Steckbrücken B , C , D und Ca oder Cb oder Cc . A3A

Messung der Übertragungskennlinien Ua = f(f e)

Die Übertragungskennlinien Ua=f(fe) sind bis über die Grenzen des Synchronisationsbereichs mit C1A, C1B und C1C mit dem UVP zu messen. Laden Sie das UPVSetup d:/UPV/Setups/sweepPLL und beschalten Sie alles wie in Bild 3 gezeigt. Drücken Sie „single“ zur Erzeugung des UPV-Messgraphen in „Sweep Graph 1“. Triggern Sie das Scope auf Ue. Beobachten Sie parallel zum UPV die Eingangsfrequenz Ue und die PLL Ausgangsfrequenz UVCOo mit dem Scope während des Sweeps.

Bild 3: Messschaltungen für Aufgabe 3a. A3B

Messung der Kennlinien f VCOo = f(fe)

Die Kennlinien fVCOo = f(fe) sind bis über die Grenzen des Synchronisationsbereichs mit C1A, C1B und C1C zu messen. Der Messaufbau und Durchführung ist wie in A3A (siehe Bild 3). Nur wird jetzt UVCOo statt Ua mit dem UPV gemessen und der UPV-Messgraphen wird in „Sweep Graph 2“ dargestellt. Ermitteln Sie aus den Messungen: a) Haltebereich b) Fangbereich Hinweis 1: Dazu müssen Sie zwischendurch einmal die Generatoreinstellungen des UPV verändern. Was ist zu machen? Hinweis 2: Die Grenzen sind teilweise besser mit dem Scope zu erkennen als mit dem UPV. Arbeiten im Team ist hier hilfreich.

03.05.17

Versuch 3: Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung

A4.Verhalten der PLL mit einem Datensignal Dieser Versuchsteil wird in Absprache mit den Betreuern durchgeführt. Gegebenfalls werden Teile ausgelassen oder vorgeführt. Ein unipolares RZ Datensignal und das bisher immer verwendete NZZ-Signal (TTL) kann am Ausgang des Pseudozufallsgenerators (PZG) abgegriffen werden. A4A

Messung des Leistungsdichtespektrums

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Laden Sie das Setup d:/UPV/Setups/DUEPscan250kHz

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Legen Sie das Datensignal „Digital Signal“ an den „Analyzer 1“ Eingang des UPV an.

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Messen Sie mit dem UPV das Leistungsdichtespektrum. Vergleichen Sie das Ergebnis mit der Berechnung aus der Vorbereitung. Diskutieren Sie, ob das Signal gut geeignet ist für die Taktrückgewinnung.

A4B

Rückgewinnung des Datentaktes aus den RZ Datensignal

•

Verwenden Sie das RZ-Datensignal (Data Signal) des PZG als Eingangssignal Ue der PLL.

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Der Takt des PZG soll zurückgewonnen werden. Lassen Sie sich diesen Takt auf Kanal 1 anzeigen und verwenden Sie ihn als Triggersignal des Scopes

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Legen Sie den von der PLL gewonnen Takt (UVCOo) auf Kanal 2 eines Scopes.

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Verändern Sie langsam die Symbolfrequenz des Generators. Ermitteln Sie aus den Messungen mit C1A, C1B und C1C: a) Haltebereich b) Fangbereich

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Vergleichen Sie die Ergebnisse mit denen aus A3.

A4B

Rückgewinnung des Datentaktes aus den NRZ Datensignal

Machen Sie diese Aufgabe nur nach Absprache, d.h. bei ausreichend Zeit.

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Wiederholen Sie A4A und A4B mit dem NRZ-Datensignal.

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Vergleichen Sie die Ergebnisse der Taktrückgewinnung aus dem RZ und dem NRZ Signal. Erklären Sie die Unterschiede.

Versuch 3: Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung

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A5.Dimensionierungsgleichungen für die PLL-Schaltung

Mittenfrequenz des VCO:

fm =

1 R0 C0

Spannungsabhängigkeit des VCO: fVCO = fm −

Up − Uref Uref ⋅ C0 ⋅ R1

(1)

(2)

Übertragungsverhalten des Phasendetektors:

Ip = I0 −

2 ⋅ I0 π

⋅ ϕ d ; ϕ d = ϕe − ϕ VCO

(3)

I p = Mittelwert des Ausgangsstromes des Phasendetektors

I0 = maximaler Ausgangsstrom. Den Ausgang des Phasendetektors bilden 2 gesteuerte Stromquellen, die maximal ±I 0 liefern können; I 0 ≤ 200µA lt. Datenblatt.

Außerdem gilt: Upmax ≈ 2 ⋅ Uref

; Upmin ≈ 0

Kleinsignal-Übertragungsverhalten; betrachtet wird die niederfrequente Komponente der Ausgangsspannung des Phasendetektors ( =ɵ Änderung des Mittelwertes). ua( s) = fe( s)

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−Uref ⋅ C0 ⋅ R1 U U C ⋅R 1 + s ref ⋅ 0 1 + s2 ref ⋅ C0C1R1 4 ⋅ I 0 (R0 + R1) 4 ⋅I 0

Versuch 3: Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung

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ANHANG Integrierte Analoge PLL-Schaltung

Schematische Darstellung der Integrierten Analogen PLL-Schaltung XR-2212

Anschluß-Blockschaltbild

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Anschlußbild für FM-Demodulation

Versuch 3: Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung

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Charakteristische Daten und Grenzwerte der Integrierten Analogen PLL-Schaltung Test Conditions: V+ = +12V, TA = +250C, R0 = 30kΩ, C0 = 0,033µF (siehe Bild unten rechts)

Blockschaltbild des XR-2212 als PLL-System

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Prinzipschaltbild für FM-Demodulator, Synchronisation oder Frequenzsynthese

Versuch 3: Messungen an einer integrierten PLL-Schaltung...