Was ist der Unterschied zwischen Phasenregelkreisen erster, zweiter und dritter Ordnung?

Was bedeutet die PLL-Bestellung? Was sind die Nachteile von Bestellung 1 und 2 PLL gegenüber Bestellung 3? Wie wähle ich den PLL-Typ für eine Anwendung wie den QPSK-Demodulator aus?

Es scheint mir, dass die akzeptierte Antwort (von Sparky256) die PLL einfach als Filter betrachtet und ihren eigentlichen Zweck, nämlich ein Steuersystem, das die Phase eines Signals steuert, vollständig ignoriert. Die Reihenfolge eines Steuerungssystems gibt die Anzahl der internen Zustände an. In einem System mit einem einzigen Eingang entsprechen die Zustände jenseits des ersten Zustands (der Reihenfolge) Ableitungen der Regelgröße.

Insbesondere in einer PLL ist die Regelgröße normalerweise die Phase des Signals. Die PLL versucht, eine Phasenverriegelung zu erzeugen. Die erste Ordnung ist also für die Phasenvariable / den Phasenzustand, der zweite Zustand ist eine Ableitung des ersten Zustands - der Frequenz und so weiter.

Für einen einfachen Frequenzsynthesizer könnte eine PLL erster Ordnung ausreichen, aber bei einem QPSK-Demodulator würde wahrscheinlich eine PLL erster Ordnung fehlen, da jeder Trägerfrequenzversatz zwischen dem Modulator und dem Demodulator immer eine konstante Phasenverzögerung erzeugt, die nur durch entfernt werden kann eine PLL zweiter Ordnung. Eine Phasenverzögerung bedeutet, dass die I- und Q-Kanäle nicht festgelegt werden können (sie "bewegen" sich ständig). Daher sollte ein QPSK-Demodulator eine PLL mit mindestens 2 Zuständen haben (dh 2. Ordnung oder höher).

Entgegen einer in Kommentaren und Antworten vorherrschenden Vorstellung macht eine höhere Ordnung ein System weder langsamer noch schneller. Die Reaktionszeit wird durch alle Systemparameter bestimmt, hauptsächlich durch den Wert seiner Koeffizienten (oder die Position seiner Pole und Nullen im Fachjargon des Filterdesigns).

Ich fand diesen Link zu einem erstaunlichen Dokument , das die feinen Details bis zu Filtern 4. Ordnung beschreibt.

Die Filterreihenfolge bezieht sich nur auf die Anzahl der Pole, die zum Filtern des Ausgangs des Phasenkomparators verwendet werden, damit der VCO eine gleichmäßige DC-Fehlerspannung erhält.

1. Filter 1. Ordnung sind eigentlich nur die Filtereigenschaften des VCO und erfordern eine minimale Zeit, um sich auf eine Änderung der Frequenz oder der Phasenverfolgung abzusetzen (Nullphase). Die Ausgangsspannung des Rohphasenkomparators wird dem VCO (spannungsgesteuerter Oszillator) zugeführt, wobei nur die Rauschspitzen herausgefiltert werden. Dieser Typ bietet eine schnelle Verfolgung von Frequenzänderungen und sperrt schnell auf die neueste Einstellung, kann jedoch eine fehlerhafte Ausgabe haben, bis eine neue Frequenz erfasst wird.

2. Ein Filter 2. Ordnung verfügt über 1 RC-Stufe, entweder passiv oder mit einem Operationsverstärker für ein schärferes Abrollen. Es ist ein kleines bisschen langsamer beim Einrasten auf eine neue Frequenz (Nullphase), aber weniger unberechenbar beim Einsetzen und Stabilisieren. Empfohlen für fast alle PLL-Designs.

3. Ein Filter 3. Ordnung verwendet einen optionalen Operationsverstärker und doppelte RC-Netzwerke. Es setzt sich langsamer ab als die anderen, toleriert jedoch FSK / QFSK / QPSK besser, indem es auch bei komplexen Modulationsschemata stabil bleibt. Die RC-Netzwerke müssen auf einen bestimmten Bereich von Baudraten abgestimmt werden, damit eine tatsächliche Änderung der Bitrate so schnell wie möglich verfolgt wird.

4. Die PLL-Schleife muss immer in der Lage sein, eine neue Trägerfrequenz ziemlich schnell zu finden und zu sperren, da sonst Daten verloren gehen und ein erneutes Senden von Datenpaketen erzwingen oder zuerst ein EOF / EOL / EOT-Befehl gesendet wird. Glücklicherweise können schnelle MPUs die gesamten PLL-Funktionsblöcke emulieren oder einbauen, so dass die Verwendung von analogen Filtern und diskreten PLL-Schaltungen selten ist. Wenn Sie QPSK als Suchbegriff verwenden, finden Sie zahlreiche Support-ICs und gebrauchsfertige Module. Achten Sie auf spezielle Software- oder Lizenzvereinbarungen.

Weitere Informationen zu FSK und QPSK.

Diese Antworten werden durch theoretische Begriffe und Implementierungsdetails verschleiert. Die ursprüngliche Frage der Auswahl einer PLL zur Demodulation eines Phasenmodulationsschemas wie QPSK wird letztendlich nicht angesprochen.

Die Demodulation hängt nicht von der Reihenfolge der PLL ab.

Lassen Sie uns kurz die Bestellungen abdecken.

1. $x$$x \pm \Delta x$$\Delta x$

2. PLLs zweiter Ordnung beseitigen das Phasenfehlerproblem, da sie einen sogenannten Integrator haben.

Ende der Diskussion über die PLL-Bestellung.

Das Demodulieren von QPSK oder BPSK mit einer PLL hängt von Ihrem Fehlerdetektor ab. Lassen Sie uns der Einfachheit halber BPSK im Folgenden diskutieren:

Um ein BPSK-Signal unter Verwendung einer PLL zu demodulieren, modifizieren wir den Fehlerdetektor der PLL so, dass der Schleifen-VCO in Bezug auf das Eingangssignal entweder auf 0 oder 180 Grad einrastet. Somit ist der Ausgang des PLL-VCO entweder in Phase oder um 180 Grad phasenverschoben zum Eingang. Was die Schleife betrifft, so glaubt sie aufgrund des modifizierten Fehlerdetektors, dass sie keinen Fehler aufweist.

Wenn der Eingang die Phase wechselt, sollte die Schleife wieder nichts tun, da die Schleife entweder auf 0 oder 180 Grad einrastet. Einige der Signale in der Schleife ändern sich jedoch von positiv nach negativ, und Sie können diese Änderung verwenden, um festzustellen, ob das Signal die Phase umgeschaltet hat.

Das gleiche Konzept gilt auch für QPSK, wo die PLL für die Erkennung von Phasenänderungen von 90, 180 und 270 Grad im Eingangssignal blind ist.

Eine PLL, die BPSK demodulieren kann, wird als Costas-Schleife bezeichnet.

Ich habe dieses Dokument über die Implementierung einer Costas-Schleife in Software geschrieben, die alle Informationen enthält, die ich hier ausführlich erwähnt habe.

FakeMoustache schrieb: "Sie haben alle eine Phasendifferenz von Null im gesperrten Zustand."

Unsere Terminologie mag abweichen, aber nach meinem Verständnis wird bei einem Entwurf erster Ordnung die Phasendifferenz als Fehlersignal (mit Verstärkung) verwendet und treibt den VCO an, daher hängt der Phasenfehler in der Verriegelung von der Frequenz ab. Ein Entwurf zweiter Ordnung integriert die Phasendifferenz, um die VCO-Steuerspannung zu erhalten, daher ist der Phasenfehler Null, wenn er auf eine feste Frequenz festgelegt ist, und hängt im Allgemeinen von der Änderungsrate der Frequenz ab, die für ein sich langsam änderndes Signal verfolgt wird. Bei einem Entwurf dritter Ordnung würde der Fehler von der zweiten Ableitung usw. abhängen.

Entschuldigung für mein Englisch. Meiner Meinung nach hängt die Reihenfolge des Schleifenfilters von den Leistungen ab, die Sie erzielen möchten. Im Allgemeinen haben niedrige Ordnungen eine schnelle Verriegelung, aber eine schlechte Leistung in Bezug auf Stördämpfung; Zusätzlich kann mit einem Schleifenfilter höherer Ordnung auch eine optimale Form des Phasenrauschens erkannt werden. In der Regel handelt es sich um eine analoge PLL, deren Hauptstörung durch das unerwünschte Signal aufgrund des Referenzsignals dargestellt wird. Dieses Signal kann mit einem einfachen Filter (z. B. zweiter Ordnung) leicht gereinigt werden. In der digitalen PLL (zum Beispiel der PLL mit Ladepumpe) hat das unerwünschte Signal niedrigere Frequenzen (z. B. fref / [2 oder 3 ...]). Um ein sauberes Ausgangsspektrum zu erhalten, kann ein Schleifenfilter höherer Ordnung (3 ° oder 4 ° Ordnung) erforderlich sein. In den gleichen Fällen ist es auch möglich, die Schleifenbandbreite zu reduzieren. Auf diese Weise erhöhen Sie die für das Schloss erforderliche Zeit.