7ème LEÇON : Démodulateur à circuit PLL

1. SCHEMA DE PRINCIPE

Transparent n° 1 : Schéma de principe du démodulateur à circuit PLL

La boucle à verrouillage de phase comprend :

• Un oscillateur commandé en tension qui produit un signal de fréquence f2 proportionnelle à la tension continue disponible 

en A ;

• Un comparateur de phase (multiplicateur analogique) qui reçoit le signal d’entrée f1 et le signal issu de l’oscillateur asservi et qui en assure le mélange ;

• Un filtre passe-bas qui reçoit la somme et la différence des deux fréquences en provenance du comparateur et qui élimine

  ;

• Un amplificateur qui amplifie le signal de fréquence   servant de tension de commande à l’oscillateur asservi.

2. FONCTIONNEMENT

La fréquence d’entrée f1 est modulée par le signal AF. Supposons, à l’instant initial, la boucle est non verrouillée, mais f2 du VCO est très voisine de f1.

Le comparateur de phase délivre en sortie un signal possédant les fréquences   et . Les paramètres du filtre passe-bas sont calculés de manière à ne laisser passer que le signal de fréquence  , de valeur absolue très faible devant f1.

Ce signal se retrouve amplifié sur l’entrée du VCO, ce qui a pour effet de faire varier au rythme la fréquence du VCO qui, à un moment de son évolution, passe par la valeur de la fréquence d’entrée. En même temps, la fréquence  diminue car f2 se rapproche de f1 et la tension ed tend vers une tension continue, constante tant que la fréquence d’entrée ne varie pas. Il y a alors verrouillage. La tension présente sur la commande du VCO est la valeur nécessaire pour amener le VCO à une fréquence égale à la fréquence d’entrée.

Après filtrage et amplification, le signal ef a pour expression :

Ceci explique qu’au verrouillage il existe un déphasage, entre le signal d’entrée et le signal fourni par le VCO, tel que la tension ef soit suffisante pour maintenir le VCO à la même fréquence que celle du signal d’entrée. 

Pour que le verrouillage soit assuré, il faut également que :

La tension  est proportionnelle à l’écart de fréquence du signal d’entrée. En effet, l’expression de la fréquence de sortie du VCO en fonction de la tension de commande est :

K0 : Constante.

f m : Fréquence constante en sortie du VCO pour  .

3. ROLE DU FILTRE PASSE-BAS

Ce sont en partie les composants du filtre qui définissent la bande passante d’un tel démodulateur. Une largeur de bande suffisante est indispensable pour accepter la modulation d’entrée.

L’erreur de phase des deux signaux d’entrée du comparateur doit toujours rester comprise entre p et 0, sinon il ne peut pas y avoir verrouillage; il y a alors décrochage.

4. AVANTAGES

Le détecteur de quadrature et le démodulateur à circuit PLL présentent de gros avantages par rapport à leurs ancêtres : 

• Immunité contre les variations d’amplitude ;

• Une plus grande excursion en fréquence ;

• Meilleures sensibilité et linéarité.