De Phase-Locked Loop
We geven hier één van de mogelijke werkingsprincipes weer waarmee, uitgaande van een vaste GPS-frequentiereferentie van 10 MHz, een GPS-gestuurde oscillator (GPSDO – GPS Disciplined Oscillator) kan worden gerealiseerd.
Afhankelijk van de constructeur bestaan hiervoor verschillende oplossingen, vaak nog geavanceerder dan het hier beschreven principe. Ons doel is dan ook niet een volledig ontwerp te bespreken, maar het basisprincipe van een PLL op een begrijpelijke manier uit te leggen.
Als voorbeeld nemen we de DAB+-frequentiereferentie van 16,384 MHz, die zowel in de ensemble-multiplexer als in de zenders wordt gebruikt. Centraal staat een zeer stabiele oscillator (bijvoorbeeld een VCXO of OCXO) waarvan de frequentie uiterst nauwkeurig kan worden bijgeregeld met behulp van een stuurspanning.
De GPS-frequentiereferentie van 10 MHz wordt bijvoorbeeld gedeeld door 625, waardoor een frequentie van 16 kHz ontstaat. Op dezelfde manier wordt de uitgangsfrequentie van 16,384 MHz gedeeld door 1024, zodat eveneens een frequentie van 16 kHz wordt bekomen.
Beide 16 kHz-signalen worden vervolgens met elkaar vergeleken in een PFD (Phase Frequency Detector). Deze detector vergelijkt zowel de frequentie als de fase van beide signalen en levert een foutsignaal wanneer een afwijking wordt vastgesteld.
Indien men het loopfilter zou weglaten, zou de regeling vrijwel uitsluitend proportioneel werken. De oscillator zou dan voortdurend worden versneld en vertraagd, waardoor de regeling rond het gewenste werkpunt blijft oscilleren (te traag, te snel, te traag, te snel, …).
Om een stabiele regeling te verkrijgen wordt daarom een loopfilter toegepast. Dit is in de praktijk meestal een laagdoorlaatfilter met een integrerende werking. Het filter onderdrukt snelle correcties en zorgt ervoor dat de oscillator geleidelijk wordt bijgestuurd. Uiteindelijk verdwijnen de fase- en frequentieafwijkingen en bereikt de PLL een stabiele toestand. Men zegt dan dat de PLL “locked” is.
De bovenstaande schakeling illustreert hoe de DAB+-frequentiereferentie van 16,384 MHz wordt gesynchroniseerd met de uiterst stabiele GPS-frequentiereferentie van 10 MHz.