Vòng khóa pha PLL trong điện tử thông tin

1
Chơng 6

Vòng khoá pha PLL
trong đIện tử thông tin
6.1 tổng quan về Vòng khoá pha (Phase Locked Loop - PLL)
Vòng khoá pha PLL l hệ thống vòng kín hồi tiếp, trong đó tín hiệu hồi tiếp
dùng để khoá tần số v pha của tín hiệu ra theo tần số v pha tín hiệu vo. Tín
hiệu vo có thể có dạng tơng tự hình sine hoặc dạng số. ứng dụng đầu tiên của
PLL vo năm 1932 trong việc tách sóng đồng bộ. Ngy nay, nhờ công nghệ tích
hợp cao lm cho PLL có kích thớc nhỏ, độ tin cậy cao, giá thnh rẻ, dễ sử dụng. kỹ
thuật PLL đợc ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, tổng hợp tần số, điều chế v
giải điều chế, điều khiển tự động v.v... Có hng chục kiểu vi mạch PLL khác
nhau, một số đợc chế tạo phổ thông đa dạng, một số đợc ứng dụng đặc biệt nh
tách âm (Tone), giải mã Stereo, tổng hợp tần số. Trớc đây đa phần PLL bao gồm
cả mạch số lẫn tơng tự. Hiện nay PLL số trở nên phổ biến.

6.2 Sơ đồ khối

Tách sóng
pha

vi(t), fi
vo(t), fo

vdk(t)
VCO
fo

Hình 6.1 Sơ đồ khối của vòng giữ pha PLL

2
+ Tách sóng pha: so sánh pha giữa tín hiệu vo v tín hiệu ra của VCO
để tạo ra tín hiệu sai lệch Vd(t)
+
Lọc thông thấp: lọc gợn của điện áp Vd(t) để trở thnh điện áp biến đổi
chậm v

đa vo mạch khuếch đại một chiều
+ Khuếch đại một chiều: khuếch đại điện áp một chiều Vdk(t) để đa
vo điều khiển tần số của mạch VCO
+ VCO (Voltage Controled Oscillator): bộ dao động m tần số ra đợc
điều khiển bằng điện áp đa vo.
6.3 Hoạt động của mạch
6.3.1 Nguyên lý hoạt động
Vòng khoá pha hoạt động theo nguyên tắc vòng điều khiển m đại
lợng vo v ra
l tần số v chúng đợc so sánh với nhau về pha. Vòng điều khiển pha
có nhiệm vụ phát hiện v điều chỉnh những sai số nhỏ về tần số giữa
tín hiệu vo v ra. Nghĩa l PLL lm cho tần số fo của tín hiệu VCO
bám theo tần số fi của tín hiệu vo.
Khi không có tín hiệu vi ở ngõ vo, điện áp ngõ ra bộ khuếch đại V dc(t) =0, bộ
dao động VCO hoạt động ở tần số tự nhiên f N đợc ci đặt bởi điện trở, tụ điện ngoi.
Khi có tín hiệu vo vi , bộ tách sóng pha so sánh pha v tần số của tín hiệu vo với
tín hiệu ra của VCO. Ngõ ra bộ tách sóng pha l điện áp sai lệch V d(t) , chỉ sự sai
biệt về pha v tần số của hai tín hiệu. Điện áp sai lệch V d(t) đợc lọc lấy thnh phần
biến đổi chậm Vdc(t) nhờ bộ lọc thông thấp LPF, khuếch đại để thnh tín hiệu V dk(t)
đa đến ngõ vo VCO, để điều khiển tần số VCO bám theo tần số tín hiệu vo. Đến
khi tần số f0 của VCO bằng tần số fi của tín hiệu vo, ta nói bộ VCO đã bắt kịp tín
hiệu vo. Lúc bấy giờ sự sai lệch giữa 2 tín hiệu ny chỉ còn l sự sai lệch về pha

m thôi. Bộ tách sóng pha sẽ tiếp tục so sánh pha giữa 2 tín hiệu


3
để điều khiển cho VCO hoạt động sao cho sự sai lệch pha giữa chúng
giảm đến giá trị bé nhất.

f1

Dải bắt BC (Capture range): ký hiệu BC=f2- f1,
thay đổi nhng PLL vẫn đạt đợc sự khoá pha, nghĩa l bộ VCO vẫn bắt
kịp tần số tín hiệu vo. Nói cách khác, l dải tần số m tín hiệu vo ban
đầu phải lọt vo để PLL có thể thiết lập chế độ đồng bộ (chế độ khóa).
BC phụ thuộc vo băng thông LPF. Để PLL đạt đợc sự khóa pha thì độ sai
lệch tần số (fi fN) phải nằm trong băng thông LPF. Nếu nó nằm ngoi băng
thông thì PLL sẽ không đạt đợc khóa pha vì biên độ điện áp sau LPF giảm

nhanh.
Điện áp sau LPF

(fi

fN) trong băng

thông LPF đồng bộ đợc

(fi
fN) ngoi băng
thông LPF, không đồng bộ đợc
f

Hình 6.3 Điện áp sau bộ lọc thông thấp
Giả sử mạch PLL đã đạt đợc chế độ khoá, VCO đã đồng bộ với tín hiệu vo.
Bây giờ ta thay đổi tần số tín hiệu vo theo hớng lớn hơn tần số VCO thì VCO sẽ
bám theo. Tuy nhiên khi tăng đến một giá trị no đó thì VCO sẽ không bám theo
đợc nữa v quay về tần số tự nhiên ban đầu của nó. Ta lm tơng tự nh trên
nhng thay đổi tần số tín hiệu vo theo hớng nhỏ hơn tần số VCO. Đến một giá
trị no đó của tần số tín hiệu vo thì VCO sẽ không bám theo đợc nữa v cũng


4
trở về tần số tự nhiên của nó. Dải giá trị tần số từ thấp nhất đến cao
nhất đó của tín hiệu vo đợc gọi l dải khoá. Từ đó ta định nghĩa:
Dải khóa BL (Lock range): ký hiệu BL=fmax- fmin, l dải tần số m PLL
đồng nhất đợc tần số f0 với fi. Dải ny còn gọi l đồng chỉnh (Tracking
range). Các tần số fmax, fmin tần số cực đại v cực tiểu m PLL thực hiện
đợc khóa pha (đồng bộ). Dải khóa phụ thuộc hm truyền đạt (độ lợi) của
bộ tách sóng pha, khuếch đại, VCO. Nó không phụ thuộc vo đáp tuyến
bộ lọc LPF vì khi PLL khóa pha thì fi-f0 = 0.
Khi PLL cha khóa pha: fi f0. Khi PLL khóa pha: fi = f0. ở chế độ
khóa pha, dao động f0 của VCO bám đồng bộ theo fi trong dải tần khóa BL
rộng hơn dải tần bắt BC.
Ví dụ:
VCO của một vòng khoá pha PLL có tần số tự nhiên bằng 12MHz. Khi
tần số tín hiệu vo tăng lên từ giá trị 0Hz thì vòng PLL khoá tại giá trị
10MHz. Sau đó tiếp tục tăng thì nó sẽ bị mất khoá pha tại 16MHz.
1.

Hãy tìm dải bắt v dải khoá.

2.

Ta lặp lại các bớc trên nhng bắt đầu với tần số tín hiệu

vo có giá trị rất cao, sau đó giảm dần. Hãy tính các tần số m
PLL thực hiện khoá pha v mất khoá pha.
B =f
L

BC = f2

f

f

max

min

f1

fN
min

8

Hình 6.4 Dải bắt v dải khoá của PLL
1.

Dải bắt:BC

B

= f2

f1=2(12-10)=4MHz


5
Dải khoá:
2.

BL

B

= fmax fmin=2(16-12)=8MHz

Đáp ứng của vòng PLL có tính đối xứng, nghĩa l tần số tự nhiên tại

trung tâm của dải khoá v dải bắt. Do đó, khi giảm tần số tín hiệu vo
đến 14MHz thì PLL sẽ bắt đầu thực hiện khoá pha (VCO bám đuổi tín
hiệu vo). Tiếp tục giảm tần số tín hiệu vo thì đến giá trị 8MHz PLL bắt
đầu mất khoá pha (VCO không bám còn bám đuổi tín hiệu vo đợc nữa).

6.3.2 Các thnh phần của PLL
6.3.2.1 Bộ tách sóng pha (Phase Detector):
còn gọi l bộ so sánh pha. Có ba loại tách sóng pha:
1. Loại tơng tự ở dạng mạch nhân có tín hiệu ra tỷ lệ với biên độ tín hiệu

vo.
2.

Loại số thực hiện bởi mạch số EX-OR, RS Flip Flop v.v... có tín

hiệu ra biến đổi chậm phụ thuộc độ rộng xung ngõ ra tức l phụ thuộc
sai lệch về pha giữa hai tín hiệu vo.
3.

Loại tách sóng pha lấy mẫu.

1/ Bộ tách sóng pha tơng tự:
vi = Asin(it + i)

vi = 2cos(0t + 0)

Hình 6.5 Nguyên lý hoạt động của bộ tách sóng pha tơng tự
Bộ đổi tần hay mạch nhân thực hiện nhân hai tín hiệu. Ngõ ra của nó có điện áp:

Vd ( t ) = A sin[( i 0 )t + (i 0 )] + A sin[( i + 0 )t + (i + 0 )]
Qua bộ lọc thông thấp LPF, chỉ còn thnh phần tần số thấp. Khi khóa pha
(i=0) có Vd = Asin (i-0). Điện áp ny tỷ lệ với biên độ điện áp vo A v độ sai
pha e=I-0. Nếu e nhỏ, hm truyền đạt của bộ tách sóng pha coi nh tuyến tính.
Dải khóa giới hạn trong |e|
công thức:


6
kφ = A (V/radian)

Vd

Asin(θe)

A
-π/2
π

/2

θe (Radian)

-A

H×nh 6.6 Hμm truyÒn ®¹t cña bé t¸ch sãng pha
t−¬ng tù

2/ Bé t¸ch sãng pha sè:
Dïng m¹ch sè EX-OR, R-S Flip Flop v.v... cã ®¸p tuyÕn so s¸nh pha d¹ng:

V

d

A
-π/2
π/2

-A

H×nh 6.7 Hμm truyÒn ®¹t cña bé t¸ch sãng pha sè §¸p
tuyÕn tuyÕn tÝnh trong kho¶ng |θe|≤π/2. §é lîi t¸ch sãng pha:

kφ = A/(π/2) = 2A/π
T¸ch sãng pha sè EX-OR vμ ®¸p tuyÕn:
Vd
Vd

0π/2π


7
e

Tách sóng pha số dùng R-S Flip Flop v đáp tuyến:

S
R
e

Điện áp sai lệch biến đổi chậm V d tại ngõ ra bộ tách sóng pha số tỷ
lệ với độ rộng xung ngõ ra tức l tỷ lệ độ sai lệch về pha e (hay tần số
tức thời) của hai tín hiệu vo.
6.3.2.2 Lọc thông thấp LPF
LPF thờng l mạch lọc bậc 1, tuy nhiên cũng dùng bậc cao hơn để triệt
thnh phần AC theo yêu cầu. LPF có thể ở dạng mạch thụ động hay tích cực.
C
R

R1

Rf

C

Ngõ ra bộ tách sóng pha gồm nhiều thnh phần f0, fi, fi-f0, fi+f0, v.v...
Sau LPF chỉ còn thnh phần tần số rất thấp (f i-f0) đến bộ khuếch đại
để điều khiển tần số VCO bám theo f i. Sau vi vòng điều khiển hồi tiếp
PLL đợc đồng bộ (khóa pha) fi=f0, tần số phách (fi-f0)=0. Vòng khóa pha hoạt
động chính xác khi tần số vo fi, f0 thấp khoảng vi trăm KHz trở lại.

6.3.2.3 Khuếch đại một chiều
Khuếch đại tín hiệu biến đổi chậm (DC) sau bộ lọc thông thấp
LPF. Độ lợi khuếch đại kA.
Rf

Vd

R1

Rc

Vd

B

V0

B

Re


8

6.3.2.4 VCO (Voltage controlled oscillator)
L mạch dao động có tần số đợc kiểm soát bằng điện áp .
Yêu cầu chung của mạch VCO l quan hệ giữa đIện áp điều khiển V dk(t)
v tần số ra fo(t) phải tuyến tính. Ngoi ra mạch còn có độ ổn định tần số
cao, dải biến đổi của tần sô theo điện áp vo rộng, đơn giản, dễ điều chỉnh
v thuận lợi cho việc tổ hợp thnh vi mạch (không có điện cảm).
Về nguyên tắc có thể dùng mọi mạch dao động l tần số dao động có thể
biến thiên đợc trong phạm vi 10% ữ 50% xung quanh tần số dao động tự do. Tuy
nhiên các bộ dao động tạo xung chữ nhật đợc sử dụng rộng rãi vì loại ny có thể
lm việc trong phạm vi tần số khá rộng (từ 1MHz đến khoảng 100MHz). Trong

phạm vi từ 1MHz đến 50MHz thờng dùng các mạch dao động
đa hi. +Vcc

Rc
C
Vo, fo

R

V

-Vcc
Hình 6.9 Mạch VCO tiêu biểu

dk


9

Hình 6.9 biểu diễn một mạch VCO dao động đa hi tiểu biểu. Khi
nối đầu đIều khiển Vdk với Vcc thì đây l một mạch dao động đa hi
thông thờng, khi tách ra v đặt điện áp đIều khiển V dk vo đầu đó thì
tần số dãy xung ra biến thiên theo điện áp V dk. Cụ thể nếu Vdk tăng thì
thời gian phóng nạp của tụ giảm do đó tần số ra tăng v ngợc lại. Ta có
đặc tuyến truyền đạt fo(Vdk) đợc biểu diễn nh hình 6.10
fo [KHz]

Miền lm việc

1,1
1,0
0,9

-5 0 5 Vdk [v] Hình 6.10 Đặc
tuyến truyền đạt fo(Vdk) tiêu biểu của
VCO

Ví dụ:
f0 (KHz)

140

fN

100

60

V
0

-2 -1 0

1 2

Đặc tuyến truyền đạt của 1 VCO có dạng nh hình vẽ. Khi điện áp vo VCO
bằng 0, tần số dao động tự do l fN. Khi điện áp điều khiển thay đổi một lợng

V0, tần số ra thay đổi một lợng f0.


10
Độ lợi chuyển đổi V to f của VCO: k0= f0/ V0 (Hz/V)
Tần số fN ở giữa vùng tuyến tính đáp tuyến. Ví dụ khi điện áp vo thay đổi từ

1V đến 1V, tần số tăng từ 60KHz đến 140KHz. Độ lợi chuyển đổi (hay độ
nhạy k0):
k0 =

6.4 ứng dụng của vòng khoá pha PLL

6.4.1 Bộ tổng hợp tần số đơn
Nh đã đề cập trong các chơng trớc, trong các máy phát hoặc các máy

thu đổi tần cần có các mạch dao động có thể thay đổi tần số để phát hoặc
thu các kênh khác nhau. Trớc đây, ngời ta thực hiện thay đổi tần số mạch dao
động LC bằng cách thay đổi giá trị của L hoặc C. Lúc đó chúng đợc gọi l các
mạch dao động có thể thay đổi tần số VFO (Variable-frequency Oscillators).
Tuy nhiên, mạch dao động thờng không có độ ổn định cao trong một dải tần
số rộng do giá trị của L v C thờng thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm v các tác
nhân khác. Đồng thời chúng thờng cồng kềnh v giá thnh cao.

Việc sử dụng thạch anh trong mạch dao động có thể tăng độ ổn
định tần số dao động lên rất cao, độ di tần tơng đối có thể giảm đến
vi phần triệu trong khoảng thời gian di. Tuy nhiên, tần số của chúng
chỉ có thể thay đổi rất nhỏ bằng cách thay đổi các tụ nối tiếp hoặc
song song. Nghĩa l nó không tạo ra đợc các tần số khác biệt nhau.
Nhiều năm gần đây ngời ta kết hợp các mạch dao động thạch anh có
tần số ổn định với các chuyển mạch để tạo ra các tần số khác nhau cho các
kênh. Tuy nhiên, giải pháp ny cũng tốn nhiều linh kiện v giá thnh cao.
Gần đây, ngời ta thiết kế v đa vo sử dụng các bộ tổng hợp tần số dựa
trên nguyên lý vòng khoá pha PLL. Nó cng ngy cng phổ biến v đợc dùng
trong hầu hết các máy thu phát hiện đại do tính gọn nhẹ, không yêu cầu độ chính
xác cơ khí cao, ứng dụng các thnh quả của công nghệ sản xuất vi mạch để nâng


11
cao tốc độ v tính chính xác của các IC chế tạo nên PLL. Đồng thời khi
kết hợp với thạch anh, nó có khả năng tạo ra dải tần rộng, độ chính xác
cao, giá thnh thấp
f

ref

f0/N

ữN

Bộ chia lập trình đợc

Hình 6.11 Bộ tổng hợp tần số đơn
Bộ tổng hợp tần số đơn đợc thiết kế bằng cách đa tín hiệu chuẩn từ dao
động thạch anh vo so pha một mạch PLL có bộ chia lập trình đợc nh hình

6.11. Khi PLL thực hiện khoá pha, thì ta có fref =

fVCO

N Suy ra fVCO = Nfref = fo .

Ví dụ bộ đếm lập trình 74192.
Điều ny có nghĩa l khi ta thay đổi N từ bộ chia sẽ nhận đợc các tần số ra
khác nhau. Hệ số N có thể đợc chọn giá trị khác nhau bằng cách thay đổi điện áp
một vi chân của IC chia. Do đó bộ tổng hợp tần số ny có thể đợc điều khiển
dễ dng nhờ máy tính hoặc điều khiển từ xa. Đồng thời, giảm đợc giá thnh v
độ phức tạp so với các bộ tổng hợp tần số sử dụng L,C trớc đây.

Khuyết điểm duy nhất của mạch ny l nó chỉ tạo ra các tần số bằng bội
số của tần số chuẩn fo = Nfref . Chẳng hạn, khi fref=100KHz thì mạch sẽ tạo ra đợc
các tần số bằng bội số của 100KHz. Điều ny phù hợp với chơng trình phát
quảng bá FM trong đó khoảng cách giữa các kênh bằng 200KHz. Trong khi đó, nó
không phù hợp với chơng trình phát quảng bá AM trong đó khoảng cách kênh l
10KHz (thạch anh không thể dao động dới tần số 100 KHz)

Bớc thay đổi tần số tối thiểu gọi l độ phân giải của bộ tổng hợp tần số.


12
Để khắc phục, ngời ta sử dụng một bộ chia cố định để chia nhỏ
tần số chuẩn trớc khi đa vo bộ tách sóng pha nh hình vẽ.

TA

Dao động thạch

Hình 6.13 Bộ tổng hợp tần số có tần số ra thấp
Ví dụ: Hãy thiết kế bộ tổng hợp tần số PLL sử dụng thạch anh 10MHz
sao cho nó tạo ra dải tần số phát quảng bá AM từ 540 KHz đến 1700KHz.
Bộ tổng hợp tần số đợc biểu diễn nh hình 6.13. Vì khoảng cách
kênh trong thông tin AM l 10KHz nên ta thiết kế f ref=10KHz. Lúc đó khi N
tăng hoặc giảm 1 đơn vị thì tần số đầu ra sẽ chuyển đến kênh kế cận.
Từ đó, ta tính đợc hệ số Q nh sau:

Q=

f

OSC

=

fref

10MHz

= 1000

10KHz

Tiếp đến, ta xác định dải thay đổi của N. Khi thay đổi N 1 đơn vị thì tần số
ra thay đổi tơng ứng 1 kênh. Từ đó, ta có thể xác định giá trị N để tạo ra tần
số bất kỳ trong dải tần AM. Chẳng hạn, tại tần số thấp nhất của băng tần:
N=

tại tần số cao nhất của băng tần: N =

6.4.2 Giải điều chế FM
Nếu PLL khóa theo tần số tín hiệu vo, điện áp ngõ vo VCO tỷ lệ
với độ dịch tần số VCO kể từ f N. Nếu tần số vo thay đổi, điện áp điều
khiển VCO dịch tơng ứng trong khoảng đồng chỉnh BL.


13
Nếu tín hiệu vo l điều tần, điện áp điều khiển VCO chính l điện
áp giải điều chế FM. PLL dùng để tách sóng FM dải hẹp hoặc dải rộng với
độ tuyến tính cao. Giả sử điện áp ra bộ tách sóng pha cực đại l V d, điện áp
ngõ vo VCO l kA.Vd, độ di tần cực đại: max = k0kAVd, k0: l độ lợi VCO.
vi(t)

k0
VCO

Hình 6.14
Dải khóa BL = 2max = 2.k0kAVd. Dải khóa hay còn gọi l dải đồng bộ

phải lớn hơn độ di tần của tín hiệu vo.

CB

+VCC
16

1

CO

VCO
output

Giải điều chế FM dùng PLL thực hiện bằng cách ci đặt tần số dao
động tự Hình 6.15 PLL giải điều chế FM (IC NE 560)


do fN b»ng tÇn sè trung t©m tÝn hiÖu FM ngâ vμo cã biªn ®é kh«ng ®æi.
Trong nhiÒu øng dông cô thÓ, tr−íc t¸ch sãng pha PLL cã m¹ch khuyÕch
®¹i h¹n biªn ®é.


Ví dụ: IFFM=10,7MHz có C0

Băng thông (PLL) chọn lọc tín hiệu sau LPF: 15KHz
6

C1 = 13,3.10

= 887PF

B

Chỉnh giảm = 75s

C =
D

8.10

= 9,38nF
3

Dải khóa v ngỡng độ nhạy:
Điện trở R1 điều chỉnh dải khóa v ngỡng độ nhạy NE560. Mức tín hiệu
điện áp nhỏ nhất ngõ vo VCO m PLL khóa pha gọi l ngỡng độ nhạy.

BL = 15% fN trong khi FM phát thanh có độ di tần 75KHz hay 1% fN
(10,7MHz). Để giảm giải khóa, tăng giá trị
(RF biểu thị độ giảm dải khóa từ 15% còn 1% hay bằng 15)

6.4.3 Giải điều chế FSK
FSK- dạng đặc biệt tín hiệu FM, chỉ có hai tần số điều tần. Giải
điều chế FSK liên quan đến tách (giải mã) tín hiệu quay số điện thoại
nút nhấn v truyền tín hiệu số FSK.
Ngõ ra của PLL dùng cho giải điều chế FSK l hai mức điện áp.
Giải điều
chế FSK

FSK
input

>

VCO

Hình 6.16 Giải điều chế FSK dùng PLL


6.4.4 §ång bé tÇn sè ngang vμ däc trong TV


15

f

syn

Hình 6.17 mạch đồng bộ tần số ngang v dọc

6.4.5 Giải điều chế AM
Tín hiệu AM có dạng VAM(t) = V1T[1+m(t)]cos0t. Trong đó tín hiệu
điều chế thấp m(t) = Vmcosmt có thể đợc giải điều chế bằng cách
nhân với tín hiệu sóng mang VLO(t) =Acos(0t + 0)
VAM(t)

VLO(t) = Acos(0t + 0)

V(t) = VAM(t).VLO(t) = V1T[1+m(t)]cos0t.Acos(0t + 0)

V(t)=

Qua LPF còn thnh phân tần số thấp ở ngõ ra
V1T .A
V(t)=
0

[1 + m( t )] cos

2

0

V0(t) tỷ lệ với m(t) tức l tỷ lệ với tín hiệu giải điều chế AM. Đây l kiểu
tách sóng AM trực tiếp không cần đổi tần, có u điểm không dùng trung tần,
không cần chọn lọc tần số ảnh. Để biên độ tín hiệu ra lớn nhất thì góc pha 0
phải bằng 0, dao động nội V LO(t) phải khóa pha với sóng mang, kiểu giải điều
chế ny còn gọi l tách sóng đồng bộ hay tách sóng nhất quán (coherent
Detector), có chất lợng hơn tách sóng không nhất quán khi tỷ số S/N nhỏ.


VCO

vAM(t)

H×nh 6.18 Gi¶i ®iÒu chÕ AM

6.4.6 Sö dông trong FM Stereo
6.4.6.1 S¬ ®å khèi m¸y ph¸t FM Stereo

K§
L

K§
R

K§

AFC

D®


ChuÈ
n

Läc
hμi

H×nh 6.19 S¬ ®å khèi m¸y ph¸t FM Stereo
Thμnh phÇn trong tõng khèi:


17
L+R: FM mono
(L-R)DSB: FM Stereo
(L-R)DSB đợc điều chế cân bằng triệt sóng mang (điều biên nén
SAM) nhờ một sóng mang phụ fsc=38KHz.
Sóng báo: để thông báo cho máy thu biết đợc chơng trình đang
nhận l Mono hay Stereo.

Nếu không có sóng báo thì chơng trình đang nhận l FM Mono
Nếu có sóng báo thì chơng trình đang nhận l FM Stereo. Nếu chất
lợng sóng FM Stereo chất lợng kém thì sóng báo sẽ khoá đờng giải mã FM
Stereo v máy thu lm việc nh khi thu chơng trình FM Mono.

Ngời ta thờng sử dụng phơng pháp PLL để tạo sự đồng bộ của fsc
giữa máy phát v máy thu để máy thu thực hiện đợc quá trình giải mã FM
Stereo tại máy thu.
Ngoi ra còn có tín hiệu gọi l sóng thuê bao tần số f=67KHz
Hoạt động của mạch:
Tín hiệu từ 2 micro L v R sẽ đợc 2 tầng khuếch đại micro nâng
biên độ. Mạch cộng thứ nhất cộng 2 tín hiệu L v R cho ra tín hiệu L+R
dnh cho máy thu FM Mono.
Tín hiệu (L+R) sau đó đi qua mạch lọc băng thông để lọc lấy tín
hiệu có dải tần số từ 30Hz đến 15KHz v đa vo mạch cộng tổng hợp.
Trong khi đó bộ cộng thứ 2 sẽ cộng tín hiệu L v tín hiệu R sau khi
đã đảo pha 1800 để tạo ra tín hiệu (L-R), sau đó qua mạch lọc băng thông
để lọc lấy tín hiệu trong dải tần từ 30Hz đến 15KHz. Tín hiệu ny đợc
đa qua mạch điều chế cân bằng với tần số sóng mang phụ fsc = 38KHz
(bằng dao động thạch anh) dùng cho máy thu FM stereo.
Đồng thời dao động sóng mang phụ fsc = 38KHz đợc chia đôi v hạn
biên để tạo thnh sóng báo có tần số fps = 19KHz để cho máy thu biết
đợc chơng trình đang thu l FM stereo hay mono.


18
Ba tín hiệu (L+R), (L-R)DSB v fps=19KHz đợc bộ cộng thứ 3 tạo
thnh tín hiệu tổng hợp. Qua tầng khuếch đại v tầng đIện kháng nhằm
thay đổi điện dung tơng đơng, sau đó nó đựoc vo tầng dao động sóng
mang chính để biến đổi thnh tín hiệu FM, qua bộ nhân tần, Khuếch đại

cao tần, lọc hi để laọi bỏ các hi bậc cao. Cuối cùng đợc đa ra anten để
bức xạ ra anten truyền trong không gian v đến máy thu.

Bộ AFC nhằm so sánh giữa tần số dao động chuẩn v tần số sóng
mang chính để luôn luôn ổn định tần số của sóng mang chính nhằm
nâng cao chất lợng của đi phát.
6.4.6.2 Phổ của tín hiệu FM Stereo
100%

50%

30Hz

19KHz
15KHz 23KHz

Hình 6.20 Phổ của tín hiệu FM Stereo
6.4.6.3 Sơ đồ khối máy thu FM Stereo
Mạch AFC có nhiệm vụ tạo ra tần số dao động fsc = 38KHz v kiểm
soát fcho dao động chạy đúng tần số v pha của đi phát để đa vo
mạch giải mã FM Steero. Tín hiệu sóng báo fps=19KHz vừa để báo cho
máy thu biết đợc đi đang phát l FM Stereo hay mono v gửi đến máy
thu để kiểm soát tần số dao động fsc=38KHz ở máy thu chạy đúng với
tần số v pha của đi phát. Hoạt động của mạch:


19
Tín hiệu FM stereo sẽ đợc bộ tách sóng FM Mono tách ra từ tín hiệu
trung tần. Đó l tín hiệu FM stereo tổng hợp gồm 4 thnh phần: (L+R),
(L-R)DSB, 19KHz v 67KHz.

+

Tín hiệu FM stereo tổng hợp (L+R) sau đó qua mạch lọc băng thông có

tần số từ 30Hz đến 15KHz để tạo lại tín hiệu (L+R) v đa vo khối ma trận.
+

Tín hiệu tổng hợp qua mạch khuếch đại băng thông, thờng l mạch cộng

hởng để lấy thnh phần(L-R)DSB stereo v đa vo bộ giải mã FM stereo.

KĐ
Cao
tần

Tách
sóng

FM

Dao
động

Lọc
Bg
thông

Lọc
dải
hẹp

Lọc
67KH
z

Hình 6.21 Sơ đồ khối máy thu FM Stereo


20
+

Tín hiệu sóng báo fps=19KHz cũng đợc tách ra nhờ bộ tách sóng

19KHz, thờng l mạch lọc dải hẹp chỉ cho qua tín hiệu hình sine tần
số 19KHz. Sau đó nó đợc nhân đôi tần số để phục hồi lại sóng mang
phụ fsc=38KHz dựa vo nguyên tắc hoạt động của vòng khoá pha PLL.
+

Ngoi ra tín hiệu sóng báo cũng sẽ điều khiển đèn báo để cho

máy thu biết đợc chơng trình đang thu l FM stereo hay mono.
+

Bộ giải mã FM stereo nhân hai tín hiệu (L-R)DSB v sóng mang phụ

fsc=38KHZ để tạo ra tín hiệu (L-R) tại đầu ra. Sau đó, đa vo khối ma
trận, kết hợp với tín hiệu (L+R) để tạo ra tín hiệu L v R, qua 2 mạch
khuếch đại âm tần v phát ra ở 2 loa riêng rẽ, tạo thnh tín hiệu FM stereo.

6.4.6.4 ứng dụng PLL trong việc giải mã FM Stereo

VC
Chia
2

VCO
76KH
z

KĐ
đệm

Hình 6.22 Sơ đồ khối mạch giải mã FM Stereo sử dụng PLL


Khoá K để mở v khoá nguồn cung cấp cho mạch giải mã FM Stereo. Trong
trờng hợp thu chơng FM Mono hoặc chơng trình FM Stereo nhng chất lợng