Микросхема LM565 PLL: идеальное решение для линейных систем

Введение в фазово-синхронизируемые петли (PLL)

Фазово-синхронизируемая петля (PLL) — это регулирующая система, генерирующая выходной сигнал, фаза которого связана с фазой входного сигнала. В такие системы обычно входят фазовый детектор в обратной связи и генератор с управляемой частотой (VCO).

Простая аналоговая фазово-синхронизируемая петля

Микросхема LM565 — это универсальная PLL, содержащая фазовый детектор и генератор с напряжением управления (VCO). В этой статье подробно рассматриваются особенности LM565, её блок-схемы, области применения и другие важные аспекты.

Распиновка LM565

Микросхема LM565 имеет 14 выводов. Их функции перечислены ниже:

Распиновка LM565

• Вывод 1 (–V_CC) — вход отрицательного питания.
• Выводы 2 и 3 (Вход) — входы FM-сигнала или фазового детектора.
• Вывод 4 (Выход VCO) — выход генератора с управлением по напряжению.
• Вывод 5 (Вход фазового компаратора VCO) — вход обратной связи выходного сигнала VCO.
• Вывод 6 (Опорный выход) — внутренний опорный выход усилителя.
• Вывод 7 (Управляющее напряжение VCO) — точка измерения управляющего напряжения VCO.
• Вывод 8 (Тайминговый резистор) — резистор для установки свободной частоты VCO.
• Вывод 9 (Тайминговый конденсатор) — конденсатор для установки свободной частоты VCO.
• Вывод 10 (+V_CC) — вход положительного питания.
• Выводы 11–14 — не подключены (NC).

Характеристики и спецификации LM565

• Широкий диапазон питающих напряжений: от ±5 В до ±12 В (макс.).
• Потребляемый ток: 12,5 мА.
• Максимальная рассеиваемая мощность: 1400 мВт.
• Максимальная рабочая частота VCO: 500 кГц.
• Стабильность частоты VCO: 200 ppm/°C.
• Линейность демодулированного выхода: 0,2%.
• Температура хранения: –65…+150 °C; рабочая температура: –55…+125 °C.
• Выход VCO: треугольный сигнал с нулевыми переходами фазы; совместимость с входами/выходами DTL и TTL.

Блок-схема PLL и принцип работы

Основные блоки PLL

• Активный фильтр низких частот (ФНЧ).
• Фазовый детектор (PD).
• Генератор с управлением по напряжению (VCO).

Упрощённая блок-схема LM565

Упрощённая блок-схема PLL на LM565

На схеме показано: выход фазового детектора подаётся на вход активного ФНЧ, а выход ФНЧ управляет VCO.

Принцип работы PLL

1. Фазовый детектор генерирует постоянное напряжение, пропорциональное разнице фаз между входным сигналом (f_in) и сигналом обратной связи (f_out).
2. Так как PD работает как мультипликатор, на его выходе появляются компоненты разности (f_in – f_out) и суммы (f_in + f_out) частот.
3. Активный ФНЧ усиливает сигнал и удаляет высокочастотную составляющую, выдавая постоянное управляющее напряжение.
4. Это напряжение смещает частоту VCO. В отсутствие входного сигнала VCO работает на свободной частоте, заданной R (вывод 8) и C (вывод 9).

Примечание: Процесс продолжается до совпадения частот f_in и f_out (режим захвата).

Режимы работы PLL

• Свободный запуск — без входного сигнала VCO работает на собственной частоте.
• Режим захвата — после подачи входного сигнала частота VCO начинает сближаться с f_in.
• Режим удержания (Lock) — частоты совпали, PLL синхронизирована.

Внутренняя структура LM565

Блок-схема микросхемы LM565

Ключевая особенность: выход VCO (вывод 4) и вход фазового компаратора (вывод 5) не соединены внутри. Их необходимо соединить внешне. Для частотных умножителей между ними ставится цифровой делитель частоты.

Принцип работы LM565

• Входной аналоговый сигнал подаётся на вывод 2 (вывод 3 обычно заземлён).
• Сигнал и обратная связь от VCO поступают в фазовый детектор. PD выдаёт положительное напряжение при расхождении фаз/частот и ~0 В при совпадении.
• Усилитель усиливает это напряжение и подаёт на управление VCO.
• Частота VCO меняется до совпадения с входной.
• Без входа VCO работает в свободном режиме с частотой, заданной R₈ и C₉.

Применение LM565

• Декодирование тональных сигналов.
• Регенерация сигналов.
• FM- и FSK-демуляция.
• Когерентные демуляторы.
• Синхронизация данных и магнитофонных дорожек.
• Телеметрические приёмники.
• Модемы.
• SCA-демуляторы.
• Деление и умножение частоты.
• Частотные синтезаторы.

Блок-схема частотного синтезатора на PLL

Частые вопросы по 565 PLL

1. Формула свободной частоты F_O: F_O = 1,2 / (R1 × C1) Гц, где R1 — резистор на выводе 8 (2–20 кОм), C1 — конденсатор на выводе 9 (любое значение).
2. Время захвата (Pull-in time): время, за которое PLL устанавливает синхронизацию.
3. VCO (Voltage-Controlled Oscillator): генератор, частота которого управляется внешним напряжением.
4. Диапазон захвата и диапазон удержания: диапазон удержания шире диапазона захвата. Удержание — это способность следить за уже захваченным сигналом; захват — способность захватить сигнал изначально.

Заключение

Мы рассмотрели основные аспекты микросхемы LM565 PLL. Надеемся, материал был полезен. При возникновении вопросов — обращайтесь, мы всегда на связи.