PLL

der oder die Phase-Locked Loop besteht aus mehreren Komponenten, deren Optimierung für die Funktion entscheidend ist. Der Phase Detector – PD – erzeugt ein Signal, das proportional zur Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Rückkopplungssignal ist. Das folgende Loop Filter entscheidet über die Schleifenbandbreite und beeinflusst die Stabilität des Gesamtsystems. Der Spannung gesteuerte Oszillator – VCO – bestimmt, wie stark die Frequenzänderung auf Spannungsschwankungen reagiert.

Wird der PLL als Regelkreis dargestellt, ähnelt das Blockschaltbild einem linearen System mit Rückkopplung. Die Laplace-Darstellung ergibt dann die Gesamtübertragungsfunktion, wobei die Stabilität der Schleife durch die Position der Pole in der Übertragungsfunktion bestimmt wird. Zum Verhalten der Pole ist das Wurzelortskurven Verfahren üblich.

Ein einfaches PI-Loop-Filter erhöht die Stabilität, wobei die Zeitkonstante in der Übertragungsfunktion die Geschwindigkeit beschreibt, mit der der PLL sich einloggt. Eine kleine Zeitkonstante führt zwar zu schnellerem Einlocken, erhöht jedoch das Rauschen und die Rauschempfindlichkeit, wobei ein schmales Loop-Bandfilter das Phasenrauschen reduziert, aber zu einer schmalen Bandbreite führt und die Lock-In-Zeit verlängert.
Der Pull-In-Bereich ist der Bereich, der die maximal erlaubte Frequenzdifferenz beschreibt, die das System korrigieren kann. Der Hold-In-Bereich gibt an, in welchem Bereich der PLL bei Störungen stabil bleibt, nachdem er verriegelt ist.
Das Phasenrauschen ist ein Grundproblem beim PLL- es zu minimieren ist Aufgabe der Dimensionierung von VCO, Schleifenfilter und Optimierung der gesamten Übertragungsfunktion im Laplace Bereich.

Moderne Systeme wie ADPLLs – All-Digital Phase-Locked Loops – ersetzen zunehmend die analogen Komponenten durch Algorithmen, um Flexibilität und Präzision zu steigern.
PLLs werden in Mobilfunkbasisstationen verwendet, um Frequenzen im GHz-Bereich stabil zu halten. Sie synchronisieren Sender und Empfänger und verhindern Phasen-Drifts, die in Satellitensystemen auftreten können.

In SDR Anwendungen werden digitale PLLs verwendet, um Basisbandsignale zu erzeugen und flexibel auf verschiedene Frequenzbänder zuzugreifen zu können.

Wer mehr wissen möchte, sei auf das Buch von Michael H.W. Hoffmann und das von Pestel/Kollmann: Grundlagen der Regelungstechnk, hingewiesen.

Dr. Walter Schau, DL3LH