اسيلاتور چيست

اسيلاتور ها براي ساختن موج حامل انرژي راديوئي وصوتي در مدارات راديوئي استفاده مي شوند.و اصولا داراي خروجي موج سينوسي هستند.گرچه شکل موجها ميتوانند .
اسيلاتور ها براي ساختن موج حامل انرژي راديوئي وصوتي در مدارات راديوئي استفاده مي شوند.و اصولا داراي خروجي موج سينوسي هستند.گرچه شکل موجها ميتوانند مانند موج مربعي يا دندانه اره اي متفاوت باشند.شکل موج هاي سينوسي ممکن است dc يا ac باشند.

اسيلاتور هاي استفاده شده در مدارات راديو فرکانسي هميشه بخشهائي با توان کم هستند ( البته در مقايسه با ژنراتورهاي ac پر توان.) با وجود اين ژنراتورهاي ولتاژ ac با الکترونيکي در اين که هر دو توليد موج سينوسي الکتريکي ميکنندبه هم شبيه هستند .تفاوت ژنراتورهاي ac با الکترونيکي در اين است که اسيلاتور الکترونيکي مي تواند خروجي اي در محدوده فرکانسي 10 mhz بدهد.اسيلاتور هاي ويژه مي توانند خروجي در حدود فرکانس ميکرو توليد کنند.

خروجي فرکانس راديوئي ساخته شده توسط يک اسيلاتور در شکل اصلي آن يک موج حامل با توان کم مي باشد.در يک فرستنده يا گيرنده راديوئي تا چندين اسيلاتور ممکن است به کار برده شود.

ما قصد داريم تا چندين نوع مختلف از اسيلاتورها و مدارهاي مربوط به آنها را در اين مبحث نمايش دهيم.به شما توصيه ميکنيم در مورد مداراتي که هيچ اطلاعاتي از جزئیات مدارات آنها ندارید نگران نباشید.شما لازم دارید تا نحوه کار کرد هریک از مدارات اسيلاتور ها را یاد بگیرید. به طور مثال شما نوع و نام اسیلاتور نمایش داده شده را خواهید دانست.

اصول و مبانی بنیادی از عملکرد اسیلاتور را میتوان برای هر نوع از آن شرح داد و شما یک نوع تکرار در مضمون درونی همه نوع اسیلاتور را خواهید یافت.

انواع اوسیلاتور

اسيلاتور كريستالي

يك اسيلاتور كريستالي مداري الكترونيكي است كه از رزونانس مكانيكي يك كريستال در حال لرزش پيزوالكتريكي بهره مي برد تا سيگنال الكتريكي با فركانس بسيار دقيقي بوجود آورد. اين فركانس معمولا براي داشتن حسي از زمان (مانند در ساعت هاي مچي كوارتز) استفاده مي شود تا سيگنال ساعتي پايدار براي مدارت مجتمع ديجيتال فراهم كند و نيز فركانس ها را در فرستنده هاي راديويي پايدار (Stableكند.
استفاده از تقويت كننده و فيدبك فرم دقيقي از يك اسيلاتور الكترونيكي است. به كريستال استفاده شده در آن برخي مواقع "كريستال زمان سنجي (timing crystal)" گفته مي شود. در دياگرام هاي شماتيكي، گاهي كريستال را با XTAL نمايش مي دهند.

كريستال هاي براي اهداف زمان سنجي

يك كريستال 4MHz كوچك كوارتز كه داخل پكيج هم اندازه ي خود (HC-49/US) واقع شده است

يك كريستال جامدي است كه در آن اجزاي تشكيل دهنده، اتم ها، مولكول ها، يا يون ها در يك ترتيب منظمي بسته بندي شده اند و الگوي تكراري خود را در هر سه بعد فضايي گسترش مي دهند.

تقريبا هر چيزي كه از مواد الاستيك ساخته شده مي تواند مانند كريستال مورد استفاده قرار گيرد، با ترنسديوسرهاي (مبدل ها) متناسب، زيرا تمامي اجسام داراي فركانس رزونانس طبيعي لرزش هستند. براي مثال، فولاد الستيسيته بالايي دارد و سرعت صوت در آن بالاست. اين اغلب در فيلترهاي مكانيكي، قبل از كوارتز، استفاده مي شد. فركانس رزونانس به اندازه، شكل، الاستيسيته و سرعت صوت در آن ماده بستگي دارد. كريستال هاي فركانس بالا معمولا به شكل صفحه مستطيلي ساده اي بريده مي شوند. كريستال هاي فركانس پايين، مثل آن هايي كه در ساعت هاي ديجيتالي استفاده مي شود، به شكل يك دياپازون (tuning fork) بريده مي شوند. براي كاربردهايي كه زمان سنجي بسيار دقيقي نمي خواهند از يك رزونانس كننده سراميكي ارزان به جاي كريستال كوارتز استفاده مي شود.

وقتي كه يك كريستال كوارتز به طور صحيح بريده و سوار شد، مي توانيم با قرار دادن آن در يك ميدان الكتريكي (اعمال ولتاژ به الكترودي نزديك يا روي كريستال) باعث خم شدن آن شويم. اين ويژگي به نام پيزوالكتريك بودن (piezoelectricity) معروف است. وقتي ميدان برداشته شود، كوارتز با بازگشت به شكل اوليه اش يك ميدان الكتريكي توليد مي كند كه اين مي تواند يك ولتاژ توليد كند. اين رفتار كريستال كوارتز شبيه مداري متشكل از يك سلف، خازن و مقاومت (RLC Circuit) با فركانس رزونانسي دقيق است.

كوارتز مزيت ديگري نيز دارد و آن كم بودن تغييرات اندازه آن با تغييرات دما است. لذا فركانس رزونانس صفحه ي مان كه به اندازه ي آن وابسته است، تغيير چنداني نمي كند. اين يعني كه ساعت كوارتز، فيلتر يا اسيلاتر دقيق خواهد ماند. براي كاربردهاي حساس اسيلاتور كوارتز در ظرفي كه دماي آن كنترل شده است (به نام اجاق كريستال crystal oven) سوار مي شود، و همچنين مي تواند روي جذب كننده هاي ضربه shock absorbers ، كه براي جلوگيري از اختلال هايي كه ناشي از لرزش هاي مكانيكي خارجي است، قرار بگيرد.

كريستال هاي كوارتز زمان سنجي براي فركانس هاي از ده ها كيلوهرتز تا ده ها مگاهرتز ساخته مي شوند. سالانه بيشتر از دو ميليارد (2×109) كريستال توليد مي شود. اكثر آن ها براي استفاده در ساعت هاي مچي، ساعت ها، و مدارات الكترونيكي هستند. هر چند، كريستال كوارتز داخل ابزارهاي تست و اندازه گيري مثل شمارنده ها، سيگنال ژنراتورها و اسيلوسكوپ ها نيز پيدا مي شود.

كريستال ها و فركانس

نماد شماتيك و مدار معادل يك كريستال كوارتز در يك اسيلاتور

مدار اسيلاتور كريستالي نوسان را با گرفتن سيگنال ولتاژي از رزونانس كننده ي كوارتز، تقويت آن و فيدبك كردن آن به رزونانس كننده، نگه مي دارد. سرعت خم و راست شدن كوارتز فركانس رزونانس است و توسط برش اندازه كريستال تعيين مي شود.

يك كريستال معمول زمان سنجي از دو صفحه ي رسانا با يك برش (slice) يا دياپازوني از كريستال كوارتز كه بين آنها ساندويچ شده تشكيل شده است. هنگام راه اندازي به مدار حول كريستال سيگنال نويز اتفاقي ac اعمال مي شود و كاملا بسته شانس كسر اندكي از آن در فركانس رزونانس كريستال خواهد بود. بنابراين كريستال شروع به نوسان كردن همگام با آن سيگنال مي كند. اسيلاتور سيگنال خروجي از كريستال را تقويت مي كند و لذا فركانس كريستال محكم تر مي شود و سرانجام خروجي غالب اسيلاتور را شامل مي شود. فركانس طبيعي در مدار و در كريستال كوارتز تمام فركانس هاي ناخواسته را فيلتر مي كند.

يكي از مهمترين خصوصيات اسيلاتورهاي كريستالي كوارتز اين است كه نويز در فاز بسيار كمي نشان مي دهند. به زباني ديگر سيگنال توليدي آن ها يك تون خالص (pure tone) است. اين آن ها را در مخابرات پر كاربرد مي كند، جايي كه سيگنال هاي پايدار مورد نياز هستند. و همچنين در وسايل علمي كه مرجع دقيق زماني مورد نياز است.

فركانس خروجي يك اسيلاتور كوارتز يا فركانس اصلي رزونانس آن يا يك ضريبي از فركانس رزونانس آن به نام فركانس اور تون (overtone) است.

Q (ضريب كيفيت) معمول براي يك اسيلاتور كوارتز بين 10^4 تا 10^6 تغيير مي كند. Q ماكزيمم براي يك اسيلاتور كوارتز بسيار پايدار مي تواند به اينگونه تقريب زده شود كه f فركانس رزونانس به MHz است: Q = 1.6 × 107/f

تغييرات محيطي دما، رطوبت، فشار و لرزش مي تواند فركانس رزونانس يك كريستال كوارتز را تغيير دهد اما طراحي هاي گوناگوني وجود دارند كه اين اثرهاي محيطي را كاهش مي دهند. اين ها شامل TCXO، MCXO و OCXO هستند مه در يادداشت توضيح داده شده اند. اين طرح ها (به ويژه OCXO) وسايلي با پايداري كوتاه مدت عالي ايجاد مي كنند. محدوديت هايي كه در پايداري كوتاه مدت وجود دارد عمدتا به دليل نويز اجزاي الكترونيكي در مدار اسيلاتور است. پايداري بلند مدت با پيري كريستال محدود مي شود.

به دليل پيري و فاكتورهاي محيطي چون دما و لرزش، نگه داشتن فركانس آنها درون يك از 10^-10 فركانس نامي آن ها، حتي براي بهترين اسيلاتورهاي كوارتز، بدون تنظيم مستمر بسيار سخت خواهد بود. به همين علت اسيلاتورهاي اتمي (atomic oscillators) براي كاربردهايي كه نياز به پايداري و دقت بهتري دارند استفاده مي شوند.

اگر چه كريستال ها مي توانند براي هر فركانس رزونانسي ساخته شوند، به دليل محدوديت هاي فني، در عمل مهندسان مدار اسيلاتور كريستالي در حوالي فركانس هاي استاندارد كمي طراحي مي كنند مانند 10MHz، 20MHz و 40MHz. استفاده از مدار هاي مقسم فركانس، چند برابر كننده ي فركانس و phase locked loop براي سنتز كردن (ساختن) هر فركانس دلخواه از فركانس مرجع امكان پذير است.

مراقب باشيد و تنها از يك اسيلاتور كريستالي در طراحي مدارات خود استفاده كنيد تا از وقوع نمونه هاي ظريفي از خطاهاي خودپايداري در الكترونيك (metastability in electronics) جلوگيري كنيد. اگر اين ممكن نيست تعداد كريستال اسيلاتورهاي مجزا (PLLها) و دامنه هاي ساعتي متحد با آن هاي بايستي به شدت كم شوند با تكنيك هايي چون نصف كردن كلاك (Clock) موجود به جاي استفاده از يك منبع جديد كريستالي. هر منبع مجزاي كريستالي بايد دقيقا توجيه شود زيرا هر كدام حالت هاي خطاي محتمل غير قابل رفعي را به علت برهم كنش چند كريستالي در وسيله، ايجاد مي كنند

واگرائی در اوسیلاتورها

به شکل زیر توجه کنید:

همانطور که ملاحظه میکنید خط واصل از A1 به A2 صعودی است اما در اوسیلاتور (RSI) روند خط واصل دونقطه متناظر با A1 و A2 کاملآ نزولی دیده میشود. در این شرایط واگرایی منفی بوجود آمده است.
با توجه به روند بازار واگرایی ممکن است به دو صورت مثبت و منفی ایجاد شود. واگرایی مثبت در انتهای روند نزولی اتفاق می افتد و برعکس.
در واگرایی مثبت دو نقطه Low که نقطه دوم پایین تر از نقطه اول است تشکیل میشود. در صورتی که اوسیلاتور بطور صحیح تنظیم شده باشد متناظر با هر کدام از نقاط Low درنمودار قیمت یک نقطه Low درنمودار اوسیلاتور دیده میشود. اگر نقطه Low دوم در نمودار اوسیلاتور بالا تر از نقطه Low اول باشد (برخلاف قیمت ) واگرایی مثبت اتفاق افتاده است.

واگرایی مثبت نشانه قدرتمندی برای پایان روند نزولی میباشد و در صورت تایید با سایر ابزار ها میتوان اقدام به خرید کرد.
همانطور که میدانید برای رسم ترند لاین در روند صعودی نقاط Low و در روند نزولی نقاط High به هم متصل میشوند . برای تعین واگرایی شرایط کاملآ متفاوت است. بطوریکه در تعیین واگرایی مثبت (در روند نزولی) نقاط Low را به هم وصل میکنیم در تعیین واگرایی منفی (در روند صعودی) باید نقاط High را به هم وصل کنیم.
دقت داشته باشید که برای تشکیل یک واگرایی نیاز با 2 نقطه اکسترمم( 2 نقطه ماکزیموم یا دو نقطه مینیموم) در قیمت و دو نقطه اکسترمم در اسیلاتور داریم. در شکل زیر به خطوط قرمز رنگ توجه کنید . نقاط اکسترمم در نمودار قیمت و اسیلاتور در زمان های مشابه اتفاق افتاده است به عبارتی این نقاط در نمودار قیمت و اوسیلاتور با یکدیگر متناظر می باشند.

علامت قرمز رنگ نقطه ورود مناسب را نشان میدهد. ملاحظه میکنید که در نمودار قیمت یک کندل صعودی شکل گرفته و نقطه مینیموم کامل شده است.
در این روش استاپ لاس کمی پایین تر از نقطه Low دوم (پایین ترین نقطه در روند نزولی ) که با خط سفید رنگ مشخص شده قرار میگیرد.
یکی از مزیت های سیگنال های واگرائی بالا بودن نسبت سود به زیان است. مزیت دیگر این روش اخطار سریع پایان روند می باشد. واگرائی ها بسیار سریع تر از سایر ابزار های تکنیکال پایان یک روند قدرتمند را به معامله گر اخطار می دهند. واگرائی منفی در انتهای یک روند صعودی و واگرائی مثبت در انتهای یک روند نزولی شکل می گیرد. بنابراین وجود یک روند نسبتآ قوی اولین شرط تشکیل واگرائی می باشد.

تائید سیگنال واگرائی :

برای تائید سیگنال های واگرائی از چند روش می توان اقدام کرد . از جمله بررسی واگرائی در اوسیلاتورهای دیگر.
به عنوان مثال می توان صحت واگرائی را در اوسیلاتور MACD , RSI و Momentum بررسی و در صورتی که واگرائی در هر سه اوسیلاتور تائید شده بود اقدام به معامله کرد.

شکسته شدن یا Break Out خط روند نیز به عنوان تائیدی بر صحت واگرائی در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال در شکل زیر شکسته شدن ترند لاین صعودی تائیدی بر واگرائی منفی و آغاز حرکت نزولی می باشد.

گاهی ترند لاین رسم شده در زمان تشکیل واگرائی به نمودار قیمت بسیار نزدیک است. در این شرایط بهتر
است بجای شکسته شدن ترند لاین, شکسته شدن نقطه پیک بین دو نقطه مشخص کننده واگرائی را به عنوان تائید واگرائی در نظر بگیریم. مانند شکل زیر که شکسته شدن خط افقی آبی رنگ به عنوان تائید واگرائی در نظر گرفته می شود نه شکسته شدن ترند لاین قرمز رنگ!

یکی از نکات مهم در تحلیل سیگنال های واگرائی بررسی تایم فریم های مختلف است. باید توجه داشته باشیم که هرگز نباید در خلاف جهت سیگنال های صادر شده در تایم فریم های بلند مدت اقدام به معامله کنبم. به عنوان مثال اگر در تایم فریم روزانه واگرائی مثبت تائید شده باشد, بهتر است سیگنال های واگرائی منفی در تایم فریم های پائین تر را نادیده بگیریم و تحت هیچ شرایطی اقدام به فروش نکنیم.
برای تشخیص سریع واگرائی در اوسیلاتور های مختلف میتوانید از ابزار های معرفی شده در قسمت Divergence_Package استفاده کنید مدار ارائه شده در این بخش یک نوسان ساز موج مربعی ( اسیلاتور ) بسیار ساده است که شما می توانید فرکانش نوسان آن را توسط یک پتانسیومتر تغییر دهید. این اسیلاتور با توجه به قابلیت آی سی تایمر 555 طراحی شده است و به قطعات جانبی بسیاری کمی نیاز دارد.

یک حلقه قفل فاز یا حلقه قفل شده در فاز (Phase Locked Loop)(PLL) یک سیستم کنترلی الکترونیکی است ، که یک سیگنال قفل شده فاز متناسب با ورودی یا مرجع (reference) ، می‌سازد . PLL در یک فیدبک منفی مشترک توسط مقایسه خروجی «اسیلاتور کنترل شونده با ولتاژ (VCO)» و ورودی فرکانس مرجع ، با آشکارساز فاز ، انجام می‌پذیرد . آشکارساز فاز برای هدایت فاز اسیلاتور ، به سیگنال مرجع ورودی ، استفاده می‌شود . این نوع از مدارات بطور گسترده در رادیو ، ارتباطات مخابراتی ، کامپیوترها و دیگر کاربردهای الکترونیکی استفاده می‌شود ، که به این ترتیب است :

- ساخت یک یا چند فرکانس ،که از لحاظ پایداری و ثبات به فرکانس مرجع برسد.
- آشکارسازی یک فرکانس خاص
- باز گرداندن یک کلاک یا کریر به حالت اول خود

ساخـتـار و عـملـکرد:

مکانیزم‌های حلقه با فاز قفل شونده می‌تواند به عنوا ن مدارهای آنالوگ یا دیجیتالی اجرا شود . هر دو از این اجراها ، ساختار پایه‌ای یکسانی را بکار می‌برند .

[ویرایش] بلوک دیاگرام

هر دو مدار PLL آنالوگ و دیجیتال سه قسمت اصلی دارند :

یک آشکارساز فاز
یک اسیلاتور الکترونیکی متغیر
یک مسیر فیدبک (اغلب شامل یک تقسیم کننده فرکانس است)

قیاس مکانیکی:

میزان کردن یک سیم پیانو را می‌توان با عملکرد حلقه با فاز قفل شونده مقایسه کرد با استفاده از یک دیاپازول یا Pitch pipe برای بدست آوردن فرکانس مرجع ،کشش سیم بالا یا پایین تنظیم می‌شود تا اینکه فرکانس ضربه‌ای نارسا شده و شنیده نمی‌شود (اصطلاحاً این یک مثالی از «حلقه با فاز قفل شونده» فرکانس است زیرا فاز مرجع و سیم تنظیم کننده ، برای تنظیم پیانو جزئی و بی اهمیت هستند)

قیاسی دیگر ، هم‌زمان سازی بخش‌های چرخشی است . مثال رایج ، گیر افتادن هم‌زمان چرخ دنده‌ها در انتقال دستی یک اتومبیل است . زمانی که دنده‌ها به هنگام حرکت اتومبیل تغییر می‌کند ، چرخ دنده‌ها با سرعت‌های متفاوتی در چرخش هستند. این سرعت‌ها باید با هم منطبق باشند و دندانه‌های حلقه سنکروزاسیون ، قبل از اینکه تغییر کامل شود باید همراستا شوند . (یا صدای سابیده شدن به گوش خواهد رسید)

حلقه با فاز قفل شونده دیجیتال:

مدارهای PLL دیجیتال اغلب به عنوان سینتی سایزهای کلاک اصلی برای میکروپروسسور ومؤلفه‌های کلیدی گیرنده/ فرستنده‌های ناهم‌زمان جامع (UARTs) بکار می‌رود . ساختار یک PLL دیجیتال ، شبیه PLL آنالوگ (و در بعضی موارد ساده از آن) است . مکانیزم کنترل در یک PLL دیجیتالی بصورت یک «ماشین حالت محدود» بکار می‌رود . آشکارساز فاز می‌تواند یک دستگاه سیستم سنجش و مقیاس ساده باشد . مؤلفه اسیلاتور متغیر PLL ، ممکن است با استفاده از یک منبع زمانی (همانند یک اسیلاتور کریستالی) ، دو کانتر (بالا و پایین رونده) و یک سیستم مقایسه کننده دیجیتالی ، کار کند میزان زیادی از یک PLL دیجیتالی با به کار بردن سیستم‌های منطقی قابل برنامه ریزی خیلی کوچکی اجرا می‌شوند .

حلقه با فاز قفل شونده آنالوگ: طرح پایه

PLL‌های آنالوگ بطور کلی از یک آشکارساز فاز ، فیلتر پایین گذر و اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ (VCO) ساخته شده اندکه در یک وضعیت فیدبک منفی قرار دارند . ممکن است در مسیر فیدبک یا در مسیر مرجع یا هردو مسیر یک تقسیم کننده فرکانس وجود داشته باشد ، تا کلاک خروجی PLL را به عدد صحیح چند مبنایی تبدیل کند . یک عدد مضرب غیر صحیح از فرکانس مرجع می‌تواند با جایگزینی تقسیم بر کانتر N در مسیر فیدبک با یک کانتر شالوینگ ضربه قابل برنامه ریزی ، بوجود آید . این تکنیک معمولاً به ترکیب کننده کسری N یا PLL کسری N (fractional-NPLL اشاره می‌کند . اسیلاتور یک سیگنال متناوب در خروجی تولید می‌کند . تصور کنید که اسیلاتور ، در ابتدا بمانند سیگنال مرجع ، تقریباً در فرکانس خود ثابت است . پس اگر فاز اسیلاتور نسبت به فاز مرجع ، افت کند ، آشکارساز فاز باعث می‌شود که شارژ پمپ ، ولتاژ کنترلی را تغییر دهد ، بطوری که سرعت اسیلاتور افزایش پیدا می‌کند . به همین صورت ، اگر فاز اسیلاتور جلوتر از فاز مرجع باشد آشکارساز فاز باعث می‌شود که شارژ پمپ با تغییر تنظیم ولتاژ ، سرعت اسیلاتور را پایین آورد .فیلتر پایین گذر ، سراشیبی ورودی کنترل را از شارژ پمپ صاف می‌کند . چون در ابتدا ممکن است اسیلاتور دورتر از فرکانس مرجع باشد ، آشکارسازهای فاز عملی می‌توانند به اختلاف فازها پاسخ داده ، و به این ترتیب ، محدوده قفل ورودی مجاز را افزایش دهند . بسته به کاربرد و استعمال ، خروجی اسیلاتورکنترل شونده یا سیگنال کنترل اسیلاتور ، خروجی مفیدی از PLL ، فراهم می‌کند .

عـنـاصر

آشکارساز فاز:

یک بخش مهم حلقه کنترل شونده فاز ، آشکارساز فاز است . آشکارساز فاز ، فاز دو سیگنال ورودی آشکارساز مقایسه و یک خروجی تصحیح کننده می‌دهد و این خروجی به اسیلاتور کنترل‌شده با ولتاژ(VCO) متصل می‌باشد تا همیشه فاز بین دو ورودی را صفر نگه دارد . دو سیگنال ورودی معمولاً فرکانس مرجع و خروجی تقسیم شده اسیلاتور محلی است .

چندین نوع آشکارساز فاز وجود دارد ، ساده ترین آن گیت XOR است که اختلاف فاز ۹۰ درجه را حفظ می‌کند اما نمی‌تواند سیگنال را قفل کند مگر اینکه قبلاً به فرکانس نزدیک شده باشد. آشکار ساز پیچیده تر ، یک State machine ساده به کار می‌برد تا تعیین کند که کدام دو سیگنال زودتر و اغلب موارد ، تقاطع صفر دارد . این راه ، PLL را به داخل قفل می‌آورد حتی زمانی که فرکانس وجود ندارد . این نوع به عنوان یک آشکارساز فرکانس فاز شناخته شده‌است.

تقویت کننده تربیعی ، نیز به عنوان میکسر می‌تواند به مانند یک آشکارساز فاز بکار رود . با تقویت اسیلاتور و سیگنال‌های مرجع ، این آشکارساز یک خروجی تولید می‌کند که از سیگنال فرکانس پایین تشکیل شده و دامنه آن مربوط به اختلاف فاز یا خطای فاز بین اسیلاتور و مرجع (Reference) می‌باشد و یک سیگنال ناخواسته دوم را از فرکانس اسیلاتور دارد که توسط یک فیلتر پایین گذر ، حذف می‌شود .

یک PLL با یک آشکارساز پمپ شارژ Bang – bang ، پالس‌هایی با بار ثابت ، مثبت منفی ، به خازن وارد می‌کند تا این خازن به عنوان یک مدار انتگرال گیر خازنی عمل کند . آشکارساز فاز برای یک پمپ شارژ Bang – bang باید همیشه یک Dead band داشته باشد که در آنجا فازهای مرجع و کلاک‌های فیدبک آنقدر نزدیک هستند که آشکارساز هردو یا هیچکدام از پمپ‌های شارژها بدون هیچ تأثیر کلی ، fine می‌کند . آشکارساز‌های فاز Bang – bang ساده هستند ، ولی در ارتباط با کوچک‌ترین پیک توپیک تعریف شده جیتر قرار دارند ، زیرا در حلقه با فاز قفل شونده آفست دو ارزش نهایی band dead را بدون تحریک ، تحمیل می‌کند .

آشکارساز فاز متناسب ، پمپ شارژ را هدایت کرده تا مقدار شارژ را در خطای آشکارساز فاز ، بدست آورد . گرچه بعضی آشکارسازهای فاز متناسب ، dead band‌هایی دارند ، اما بعضی هم از آن محرومند . به طور ویژه ، بعضی طرح‌ها هر دو کنترل پالس «بالاً و»پایین" را حتی هنگامی که فاز آفست صفر است ، تولید می‌کنند . این پالس‌ها مدت کوتاه یکسانی داشته و باعث می‌شود که پمپ شارژ در زمانی که فاز کاملاً انطباق دارد ، پالس‌های جریان مثبت و منفی بار برابر را تولید کند . اگر ورودی‌ها به طور ناچیزی با هم عدم تطبیق داشته باشند ، هم پالس بالا یا پایین کمی بار بیشتری از دیگری خواهد داشت و PLL قادر خواهد بود تا آفست را تصحیح کند . PLL‌هایی با این نوع سیستم نظارت ، یک dead band را نمایش نمی‌دهد و به نوعی ، کوچک‌ترین پیک توپیک جیتر سطح پایینی دارند که توسط سازه‌های محدودکننده تعیین می‌شوند .

انواع اسیلاتور: اسیلاتورهای LC:

اسیلاتور القایی (اوسیلاتور LC) از یک مدار تانک LC ساخته شده‌اند که با شارژ و دشارژ کردن یک خازن از طریق یک سلف ، نوسان می‌کند . این اسیلاتورها ، در زمانی که یک منبع فرکانس قابل کنترل لازم باشد (مثل فرستنده گیرنده‌های رادیویی) نوعاً کاربرد دارند . بیشتر اسیلاتورهای LC ، از القاگرهای off-chip را بکار می‌برند . القاگرهای on-chip از اتلاف زیاد توان ورودی آزار می‌یابند ، به گونه‌ای که Q ناشی از مدار تانک ، کمتر از ۱۰ است . هر چه فرایندها ، شمار بیشتری از ورقه‌های فلزی را تولید کند ، القاگرهای on-chip ، مفیدتر و سودمند می‌شوند . یک خازن کنترل شونده با ولتاژ ، روشی است که یک اسیلاتور LC را وادار می‌کند که فرکانسش را در پاسخ به یک ولتاژ کنترلی ، تغییر دهد . هر دیود نیمه هادی با بایاس معکوس ، میزانی از ظرفیت الکتریکی خازن وابسته به ولتاژ را نشان می‌دهد و می‌تواند بکار رود تا فرکانس یک اسیلاتور را با تغییر یک ولتاژ کنترلی بکار رفته برای دیود ، تغییر دهد . دیودهای با ظرفیت الکتریکی متغیر varactor با دامنه وسیعی از مقدار الکتریکی خازنی وجود دارند . چنین دستگاهایی در تولید اسیلاتورهای کنترل شونده با ولتاژ ، بسیار مناسب هستند .

اسیلاتورهای کریستالی:

اسیلاتورهای کریستالی ، بلورهای کوارتز پیزو الکتریک هستند که بطور مکانیکی بین دو شکل با تفاوت جزئی ، نوسان می‌کنند . بلورها ضریب مرغوبیت (Q) خیلی بالایی دارند و فقط می‌توانند در دامنه کوتاهی از فرکانس‌ها ، کنترل شوند . اسیلاتورهای کریستالی به عنوان مرجع فرکانس در PLL‌های دیگر بکار می‌روند ، و تقریباً در هر دستگاه الکترونیک مصرف کننده ، یافت می‌شوند . چون این کریستال یک مؤلفه off-chip به شمار می‌رود ، که بعضی هزینه‌ها و پیچیدگی را به طرح سیستم اضافه می‌کند ، اما کریستال به خودی خود ، کم خرج و ارزان است .

قطعات موج صوتی سطحی (SAWs):

قطعات موج صوتی سطحی (SAWs) ، یک نوع اسیلاتور کریستالی هستند ، اما با برقراری موج ایستاده بر سطح بلور کوارتز ، نوسان‌های بیشتری پیدا می‌کنند . این قطعات ، گرانتر از اسیلاتور کریستالی هستند ، و در بیشتر کاربردهای خاص که نیاز به مرجع فرکانس خیلی دقیق و مستقیم دارند ، همانند تلفن‌های موبایل ، بکار می‌روند .

برای اینکه یک PLL در داخل یک تراشه میکروپروسسور ، ساخته شوند ، اسیلاتورهای حلقه می‌توانند به عنوان اسیلاتور کنترل شونده با ولتاژ یک مولتی ویبراتور آزاد(VCO) بکار روند . آنها از یک حلقه حالت‌های تاخیر فعال ساخته شده‌اند . در کل این حلقه ، دارای تعداد تکی حالت‌های معکوس است ، به گونه‌ای که وضعیت ثابتی برای ولتاژهای حلقه داخلی وجود ندارد . در عوض ، یک انتقال تکی نا محدود در اطراف این حلقه انتشار می‌یابد . این فرکانس با تغییر ولتاژ ورودی یا بار خازنی در هر مرحله ، کنترل و تنظیم می‌شود . مجموعاً VCO ، پایین ترین ضریب مرغوبیت را از اسیلاتورهای بکار رفته ، نشان می‌دهند و بنابراین از جیتر Jitter بیشتری نسبت به انواع دیگر ، رنج می‌برد . این Jitter به نسبت پایینی می‌تواند برای بسیاری از کاربردها ایجاد شود ، که در این طور موارد VCO از مزایای نداشتن مؤلفه‌های off-chip (گرانی) یا القاگرهای on-chip (بازده کم در فرآیند CMOS) بهره مند می‌شود . همچنین این اسیلاتورها نسبت به انواع دیگر از دامنه گسترده‌ای از کنترل و تنظیم برخوردارند ، که بازده را افزایش می‌دهد و گاهی ، صورتی از تولید نهایی محسوب می‌شود .

مسیر فیدبک و مقسم اختیاري:

بیشتر PLL هـا دارای یک تقسیم کننده بین اسیلاتور و ورودی فیدبک آشکارساز فاز بوده که یک سینتی سایزر فرکانس تولید کند . یک تقسیم کننده قابل برنامه ریزی در کاربرد فرستنده‌های رادیویی ، مفید است ، زیرا شمار زیادی از فرکانس‌های فرستنده می‌تواند از اسیلاتور پایدار منفرد و دقیق اما گران تولید گردند .

همچنین بعضی PLL‌ها شامل یک تقسیم کننده بین کلاک مرجع و ورودی مرجع برای آشکار ساز فاز هستند . اگر این تقسیم کننده با M تقسیم شود ، به VCO این امکان را می‌دهد که توسط N / M ، فرکانس مرجع را چند برابر کند . به نظر ساده تر است تا تنها PLL را با یک فرکانس پایین تغذیه کنیم ، اما در بعضی موارد ، موضوعات دیگر ، فرکانس مرجع را تحمیل می‌کنند و بنابراین تقسیم کننده مرجع ، ارجعیت دارد . ضرب فرکانس در یک مورد می‌تواند با قفل PLL بر روی `n`نمین هارمونیک سیگنال ، بدست آید .

کاربردها:

حلقه‌های قفل شونده فاز به طور گسترده برای اهداف هم‌زمان سازی بکار می‌روند ؛ در ارتباط پیرامونی برای ردگیری موج حامل و گسترش آستانه ، هم‌زمان سازی بیتی و هم‌زمان سازی نشانه ، همچنین حلقه قفل شونده فاز می‌تواند برای دمدولاسیون کردن سیگنال‌های مدوله شده فرکانسی ، بکار روند . در فرستنده‌های رادیویی ، یک PLL ، فرکانس‌های جدیدی را که مضربی از فرکانس مرجع هستند ، با همان ثبات به عنوان فرکانس مرجع ، هم‌زمان (synthesize) می‌کند .
بازیابی کلاک:

بعضی از رشته‌های اطلاعاتی ، مخصوصاً رشته‌های اطلاعاتی سریال با سرعت بالا (همانند رشته‌های خام اطلاعات در هـد مغناطیسی در دیسک درایو) ، بدون یک کلاک همراه ، فرستاده می‌شوند . این گیرنده از یک مرجع فرکانس تقریبی ، کلاکی را ایجاد می‌کند و سپس فاز را در انتقال رشته اطلاعاتی با یک PLL در یک ردیف قرار می‌دهد . این فرآیند بازیابی کلاک نامیده می‌شود . به منظور اجرای این طرح ، رشته اطلاعاتی باید یک انتقال داشته باشد تا هر انحرافی را در اسیلاتور PLL تصحیح کند . چند نوع از انکدر به کار رفته‌است ؛ که ۸B۱۰B خیلی رایج است .

اُریب زدایی:

اگر کلاک به صورت موازی با اطلاعات فرستاده شود ، آن کلاک می‌تواند از اطلاعات نمونه برداری کند . چون کلاک قبل از اینکه بواند فلیپ فلاپ را تحریک کرده تا از اطلاعات نمونه برداری کند ، باید دریافت و تقویت شود ، پس یک محدودیت و تاخیر وابسته به فرآیند دما و ولتاژ بین لبه کلاک آشکار شده و پنجره اطلاعات دریافت شده وجود خواهد داشت . یک راه حذف این تاخیر این است که PLL اُریب زدا را بر روی طرف گیرنده قرار دهیم به طوریکه کلاک در هر فلیپ فلاپ اطلاعاتی با کلاک دریافتی ، از نظر فاز ، با هم منطبق شوند . در این نوع کاربرد ، صورت خاصی از یک PLL که اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرد ، حلقه قفل شده تاخیر Delay - Locked Loop (DLL) نامیده می‌شود .

تولید پـالس:

بیشتر سیستم‌های الکترونیک شامل انواع مختلفی از پردازشگرها هستند که با سرعت صدها مگاهرتز کار می‌کنند . منابع پالسی که به نوعی برای این پردازشگرها تهیه می‌شوند از PLL‌های مولد پالس نشات می‌گیرند که مرجع پالسی با فرکانس پایین تر (معمولاً ۵۰ یا ۱۰۰ مگاهرتز) را تا فرکانس عملیاتی آن پردازشگر ، افزایش می‌دهد . فاکتور ضرب می‌تواند در مواردی که فرکانس کار ، چند گیگاهرتز و کریستال مرجع ده‌ها یا صدها مگاهرتز است ، واقعاً بزرگ باشد .

وسعت طیف:

تمام سیستم‌های الکترونیکی ، بعضی انرژی‌های فرکانس رادیویی ناخواسته را انتشار می‌دهند . آژانسهای تنظیمی مختلفی (همانند کمیسیون ارتباطات فدرال ، FCC در ایالات متحده) محدودیت‌هایی را در زمینه این انرژی انتشار یافته و تداخلات صورت گرفته توسط آن ، وضع کردند . نویز انتشار یافته به طور کلی در پیک طیفی تیز ظاهر می‌شود . یک طراح سیستم می‌تواند از یک PLL طیف گسترده استفاده کند تا تداخلات گیرنده‌های با ضریب مرغوبیت بالا را با استفاده از گسترش انرژی در سراسر بخش بزرگ‌تر طیف ، کاهش دهد.برای مثال ، با تغییر فرکانس کار به بالا و پایین به مقدار کوتاهی (تقریباً ۱٪) عملکرد یک سیستم با صدها مگاهرتز می‌تواند تداخلش را حتی بالاتر از چند مگاهرتز طیف ، گسترش دهد ، که شدیداً میزان نویزی که با گیرنده‌های FM دارای دهها کیلوهرتز گستره باند ، دیده شده ، کاهش می‌دهد .

توزیع کلاک:

کلاک مرجع به چیپ وارد شده و PLL را تحریک می‌کند . توزیع کلاک معمولاً متوازن است به گونه‌ای که کلاک در هر نقطه پایانی به طور هم‌زمان می‌رسد . یک از نقاط پایانی ، ورودی فیدبک PLL است . تابع PLL باید کلاک توزیع شده را با کلاک مرجع آمده ، مقایسه کند و فاز و فرکانس خروجی اش را تغییر دهد تا اینکه کلاک مرجع و کلاک فیدبک ، فاز و فرکانس منطبق با هم شده باشند . از دیدگاه نظریه کنترل ،PLL یک مورد خاص از «فیلتر کالمن» (Kalman) است . PLL‌ها در همه جا هستند ؛ آنها کلاک‌ها را به خوبی کلاکی که در قسمت‌های کوچکی از چیپ‌های منفرد توزیع می‌شوند ، در سیستم‌ها پخش می‌کنند .
گاهی اوقات کلاک مرجع ، اصلاً نمی‌تواند یک کلاک الگو باشد ، بلکه یک رشته اطلاعاتی با انتقال کافی است که PLL را قادر می‌سازد تا یک کلاک منظمی را از آن رشته ، بازیابی کند . گاهی کلاک مرجع همان فرکانسی است که آن کلاک از طریق توزیع کلاک بدست آورده ، کلاک‌های دیگر ناشی از کلاک توزیعی ممکن است ، کلاک مرجع چندگانه باشند .

کاهش اختلال و نویز:

یک خاصیت مطلوب تمام PLL این است که لبه‌های کلاک فیدبک و کلاک مرجع ، در یک ریف خیلی نزدیک قرار می‌گیرند اختلاف متوسط کلاک بین فازهای دو سیگنال در زمانی که PLL کلاک را بدست آورده static phase offset نامیده می‌شود . واریانس بین این دو فاز را tracking jitter می‌نامند . فاز آفست ایستا (static phase offset) باید صفر باشد و tracking jitter نیز باید تا حد ممکن پایین باشد .

نویز فاز (Phase noise) نوعی دیگر از اختلال است که در PLL‌ها مشاهده می‌شود و بیشتر توسط سازه‌های تقویت کنندهٔ به کار رفته در مدار ، به وجود می‌آید . بعضی تکنولوژی‌ها شناخته شده‌اند تا بهتر از دیگران در این زمینه ،کار انجام دهیم . بهترین PLL‌های دیجیتالی با سازه‌های منطقی امیتر کوپل شده (ECL) با هزینه مصرف بالا ، ایجاد می‌شوند . برای پایین نگه داشتن نویز از در مدارهای PLL ، بهتر است تا از اشباع مدارهای منطقی مثل TTL یا CMOS اجتناب کنیم .

خاصیت مطلوب دیگر تمام PLL‌ها این است که فاز و فرکانس ناشی از کلاک تولید شده ، با تغییرات سریع ولتاژ تغذیه و خطوط زمین ، تأثیری نخواهد داشت ، و ولتاژ سابستریت که از روی آن مدارهای PLL ساخته شده‌اند ، (نیز با این تغییرات) ، تأثیر نمی‌گیرند . این خاصیت را دفع نویز ورودی و سابستریت می‌نامند . هرچه میزان دفع نویز بیشتر باشد، بهتر است .

دیگر کاربردها:

موارد دیگر استفاده PLL :

سینتی سایزر فرکانس برای تنظیم دیجیتالی فرستنده گیرنده‌های رادیویی
دمدولاسیون سیگنال‌های AM و FM
بهبود سیگنال‌های کوچکی که بدون PLL در نویز ، کم می‌شود .
بازیابی اطلاعات منبع کلاک از رشته اطلاعاتی مثل اطلاعات حاصله دیسک درایو
ضرب کلاک در میکروپروسسورهایی که به سازه پردازشگر داخلی اجازه می‌دهد تا سریعتر ازارتباطات خارجی حرکت کند، در حالی که ارتباطات کلاکی دقیق را حفظ می‌کند .
دکودرهای DTMF ، مودم‌ها و دیگر دکودرهای تُن ، برای کنترل و ارتباطات از راه دور »

اسيلاتور چيست

مطالب مشابه :

مشاغل موجود در دفاتر خدماتی مسافرتی

ااژانس هواپیمایی-شرکت مسافرتی چیست و پست های ان:

آشنایی با دوره آموزشی مدیریت فنی دفاتر خدمات مسافرتی(بند ب)

اسيلاتور چيست

حجاب چیست?

طلائیه چه طلائیه

راهنمایی های سفــــــر به تایلند

تفاوت Allبا uall