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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PLL 7046 Schleifenfilterdimensionierung + synchronen Zustand halten


Autor: Christoph __ (kartoffelbrei1)
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Hallo,

ich versuche eine PLL Schaltung (7046 NXP) aufzubauen die sich sehr 
schnell (max. 5 Schwingungen)  auf die Nennfrequenz von 2,5 MHz 
einschwingt und den eingeschwungenen Zustand eine gewisse Zeit ca. 50 ms 
lang hält. Beschaltet  wird der Phasenvergleicher der PLL mit kurzen 
Burstsignalen!
Der VCO des 7046 wird nicht verwendet auch wenn er auf dem Schaltplan 
optional realisiert ist. Hier wir ein extern verschalteter VCXO 
verwendet, der auf 2,5 MHz eingestellt ist (Info nur am Rande).

Ich habe bereits eine Schaltung dazu entworfen, siehe Schaltplan.

Mir geht es in erster Linie um das Schleifenfilter das mir für die 
Einschwingzeit verantwortlich ist. Ich habe es hier mit einem passiven 
TP realisiert ( R = 330 K, R= 75 K, C= 1 nF) und komme mit diesem Filter 
auf ca. 20 Schwingungen bis zur Nennfrequenz, was zu viel ist.  Das 
gelingt mir mit dem optional ausgeführten aktiven Filter überhaupt 
nicht.

Vielleicht hat jemand mehr Erfahrung als ich bei der Dimensionierung 
eines Schleifenfilters. Wichtig ist mir ein schnelles Synchronisieren 
auf die Nennfrequenz.

So, nun zu meiner Signalhalteschaltung (S&H Ansteuerung). Nach dem 
Einrasten sollte der synchrone Zustand ca. 50 ms gehalten werden, 
unabhängig vom Eingangssignal. Ich habe hier zwei D-FF`s  als 
Verzögerungsglieder geschaltet. Ich zweige vom Eingangssignal ab, und 
triggere auf die letzte negative Flanke des Burstsignals und halte das 
Signal eine gewisse Zeit stabil, das funktioniert einwandfrei.
Um den eingerasteten Zustand  50 ms  zu halten, habe ich ein diskret 
aufgebautes S&H Glied nachgeschaltet. Dieses soll dazu dienen, dem 
Phasenvergleicher eine gewisse Regelbandbreite zu gewährleisten. Also 
nur während des Burstsignals (aus der Verzögerungsschaltung)  ist ein 
Ausregeln möglich. Folgt das konstante Haltesignal, soll das S&H Glied 
in den Hold Zustand übergehen und dem Phasenvergleicher des 7046 ein 
stationäres Signal liefern und somit das Einrasten für ca. 50 ms 
gewährleisten.

Leider funktioniert das alles nicht so wie ich mir das vorstelle, wie 
gesagt das Einschwingen dauert viel zu lange und mit dem S&H bekomme ich 
einen sehr starken Signaljtter, der das Ausregeln verhindert. Habe auch 
schon einen Mittelwertbilder zum TP Schleifenfilter parallel geschaltet 
was auch nicht den gewünschten Effekt brachte.

Vielleicht kann mir jemand weiterhelfen. Ich bin für jegliche neue 
Ideen, Verbesserungsvorschläge, Tipps und Kritik sehr dankbar.

Autor: Fluffy (Gast)
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Analog Devices hat einen Simulator, der auch eigene Komponenten kann. 
ADI-SimPLL.

Autor: Wolfgang Horn (Gast)
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Hi, Chris,

Du hast das grundsätzliche Problem: Wenn Du ein Signal von etwa 2,5 MHz 
nur über 5 Schwingungen lang beobachtest, dann ist eine Ungenauigkeit 
von 500 kHz unvermeidbar.
Mathematisch läßt sich zeigen: Es ist unmöglich, einen VCO innerhalb von 
5 us phasenstarr auf ein Signal nur ungefähr bekannter Frequenz und 
völlig unbekannter Phasenlage so zu rasten, daß man einen Phasenfehler 
von weniger als Pi/2 nach 50ms garantieren könnte.

In Deiner Schaltung sehe ich einen Widerspruch:
A) Einerseits verwendest Du einen Tiefpaß nach dem Phasenvergleicher, 
also ist Dir die Phasenlage des Eingangssignals wohl unbekannt.
B) Andererseits benutzt Du das Eingangssignal zur Bestimmung des 
Abtatszeitpunkts im Sample-/Hold. Also scheint Dir die Phasenlage doch 
genau bekannt zu sein.

Wenn in diesem Widerspruch B wahr ist, dann brauchst Du keinen 
Phasenvergleicher, sondern nur einen VCXO, der bei einer sehr hohen 
Frequenz schwingt, den Du runterteilst auf 2,5 MHz und mit der Flanke 
Deines Signals starten läßt.

Wenn in diesem Widerspruch aber A wahr ist, dann ist die Ableitung des 
S/H-Zeitpunktes falsch gewählt.

Farbfernsehen mit Synchronisation auf den Burst funktionierte im 
Röhrenzeitalter, weil
a) das Burstsignal von einem hoch konstanten Quarzoszillator erzeugt 
wurde, beim ZDF sogar von einem Rubidium-Normal. Zwar nur alle 64us kurz 
getastet, konnte sich der TV-Empfänger trotzdem über einen Zeitraum 
vieler Bursts synchronisieren.
b) weil der Farbempfänger einen VCXO synchronisierte, wie Du ihn wohl 
auch vorgesehen hast.
c) weil der Zeitpunkt des Phasenvergleichs vom VCXO des TV phasenstarr 
bestimmt wurde.

Da ist ein wesentlicher Unterschied zwischen Deiner Schaltung und der 
Farbträgersynchronisation im PAL-System:
1. PAL vergleicht die Phase über einen Zeitraum von weit mehr als 1 
Zeile, über mehrere Bursts hinweg. Da wird die Phasendifferenz erst 
getastet und dann im Tiefpaß gefiltert.
2. Du vergleichst die Phase über einen Zeitraum von nur 2us, benutzt 
dann einen Tiefpaß und verwendest dann einen Sample-/Hold-Kreis.
3. Du leitest den Zeitpunkt der Abtastung breitbandig von Deinem 
Eingangssignal ab.

In meinem Regal stehen die verstaubten Telefunken-Laborbücher, die mit 
Tetroden und Pentoden. Da ist die Farbklemmtechnik genau beschrieben - 
am Burst die Phasendifferenz messen, klemmen und erst dann das 
Schleifenfilter.

Ciao
Wolfgang Horn

Autor: Ulrich (Gast)
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Mit so einer einfachen Schaltung wird es kaum gehen. Die theoretische 
Begrenzung in der bestimmung der Frequenz gilt nur, wenn das Signal mit 
unbekannter Kurvenform kommt. Wenn man weis was das für ein Signal ist 
(Rechteck, Sinus, ...) und kein wesentliches Rauschen drauf hat, kann 
(theoretisch) die Frequenz schon nach einer Periode fast beliebig (durch 
das Rauschen Begranzt) genau bestimmt werden.

Das ganze mit einer semi-analogen schaltung zu realisieren wird aber 
schwer, denn das Erkennen ob ein Signal da ist, oder nicht kommt 
eigentlich immer zu spät, und dann ist das allte Phasensignal wohl schon 
verfälscht. Wenn schon müßte man da wohl mit mehr als einer S&H Stufe 
arbeiten. Für eine Digitale Lösung sind 2,5 MHz leider auch schon 
reichlich schnell.

Autor: Christoph __ (kartoffelbrei1)
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Hallo Wolfang und Ulrich, vielen Dank für eure schnellen und kompetenten 
Antworten.

Also, die Schaltung soll später als Demodulator dienen. Die Burstsignale 
haben eine feste Länge, die Anfangslage ist mir also bekannt.
Das sogenannte Klemmen der Frequenz das von Wolfgang beschieben wurde 
hört sich sehr gut an. Gibts da Realisierungstipps? Wie würde ich eine 
zweite S&H Stufe integrieren/schalten?

Gruß,

Chris

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Wenn ich mich nicht täusche, sollte für deine Anwendung eine digitale 
PLL ideal sein. Auf den kurzen Burst könnte man einen Korrelator 
ansetzen, der den lokalen Takt korrigiert und dann wird für die 
restlichen 50ms der Takt freilaufend weitergeführt.

Genauere Implementierungshinweise habe ich allerdings nicht. Es fehlen 
auch viele Infos über das Nutzsignal und was wie demoduliert werden 
soll.


Gruß -
Abdul

Autor: ccc (Gast)
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Eigentlich sollte es funktionieren einen PLL zu bauen, wobei man den 
Integrator mit dem Burst gatet.

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