Перейти к содержанию

Диапазон захвата и диапазон удержания

Петля ФАПЧ, которая уже держит сигнал, может проследить за ним дальше, чем способна поймать его с нуля. Поэтому у неё два диапазона: удержания — где она не теряет захват, и захвата — где она его находит.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Диапазон захвата (capture range) — полоса входных частот, на которых петля ФАПЧ, находившаяся вне захвата, войдёт в захват. Диапазон удержания (lock range) — полоса, на которой петля, уже находящаяся в захвате, его удержит, если входная частота медленно уходит. В даташите 74HC4046A они обозначены 2fC и 2fL, и диапазон захвата всегда меньше диапазона удержания или равен ему (TI SCHS204J, с. 4).

Почему они разные

Захваченная петля только следит: малое изменение частоты даёт малую ошибку фазы, и петля подстраивает ГУН, пока хватает его диапазона и диапазона детектора. Незахваченной петле сначала нужно свести частоты. С простым фазовым детектором — исключающим ИЛИ — при большой разности частот на выходе детектора получаются биения, которые петлевой фильтр сглаживает: чем уже фильтр, тем меньше остаётся постоянной составляющей, тянущей ГУН, и тем уже диапазон захвата (наше пояснение к свойствам PC1 из SCHS204J).

Частотно-фазовый детектор решает эту проблему: при разности частот он выдаёт сигнал одного знака и постоянно тянет ГУН в нужную сторону, поэтому петля быстрее входит в захват (TI SWRA029, с. 11).

Пример 74HC4046A

ДетекторДиапазон захватаОсобенности
PC1 (исключающее ИЛИ)зависит от фильтра, может достигать диапазона удержаниядержит захват при шумном сигнале, может захватиться около гармоник, нужна скважность 50 %
PC2 (частотно-фазовый)равен диапазону удержания, от фильтра не зависитработает по фронтам, скважность не важна

По SCHS204J, с. 3–4. С PC2 петля захватывается везде, где ГУН может перестроиться, и диапазон фактически задают элементы ГУН — C1, R1 и R2 — в пределах до 18 МГц при 5 В (типично, с. 1).

Практика

Если петля не захватывается, проверяют, попадает ли входная частота, умноженная на коэффициент деления, в диапазон ГУН, достаточна ли полоса фильтра для выбранного детектора и подходит ли входной сигнал детектору по уровням и скважности. Захват на гармонике — характерная ловушка детектора на исключающем ИЛИ. Подробнее об устройстве петли — в статье «ФАПЧ (PLL)».

Частые вопросы

Почему диапазон захвата уже диапазона удержания?

Захваченная петля просто следит за медленно уходящей частотой, пока ГУН и детектор это позволяют. Незахваченной петле нужно сначала свести частоты: с простым фазовым детектором сигнал ошибки при большой разности частот — биения, которые фильтр сглаживает почти до нуля, и петля может не дотянуться. По даташиту 74HC4046A диапазон захвата не шире диапазона удержания.

Почему с PC2 у 74HC4046A диапазоны равны?

Потому что PC2 — частотно-фазовый детектор: при разности частот он выдаёт постоянный сигнал одного знака, а не биения, и тянет ГУН в нужную сторону независимо от фильтра. Поэтому петля захватывается везде, где может удержать захват, то есть во всём диапазоне перестройки ГУН.

Петля ФАПЧ не захватывается. Что проверить?

Что входная частота попадает в диапазон ГУН с учётом делителя; что фильтр не слишком узкий для выбранного детектора; что уровни и скважность входного сигнала подходят детектору — исключающему ИЛИ у 74HC4046A нужна скважность 50 %. И что петля не захватилась на гармонике — это свойство детектора на исключающем ИЛИ.

Источники

  1. Texas Instruments. CD54/74HC4046A, CD54/74HCT4046A High-Speed CMOS Logic Phase-Locked Loop with VCO (SCHS204J, revised December 2003) — с. 4: диапазон захвата 2fC — полоса входных частот, на которых петля захватится, если была вне захвата; диапазон удержания 2fL — на которых останется в захвате, если была в захвате; захват не шире удержания; с PC1 диапазон захвата зависит от фильтра и может достигать диапазона удержания, петля держит захват даже при шумном сигнале, но может захватиться около гармоник центральной частоты ГУН; PC1 требует скважности 50 % для наибольшего диапазона; с PC2 диапазон удержания равен диапазону захвата и не зависит от фильтра; с. 1: ГУН до 18 МГц при 5 В
  2. Texas Instruments. Barrett C. (ed.) Fractional/Integer-N PLL Basics (SWRA029, August 1999) — с. 11: частотно-фазовый детектор различает разность фаз ±2π и больше и сокращает переходные процессы захвата; в частотном режиме постоянный ток накачки тянет ГУН к нужной частоте

Нашли ошибку?

Смотрите также