Boucle de verrouillage de phase

[invitedaf7b98f]

Bonjour,
Je voulais savoir quelle est l'application d'une boucle de verrouillage de phase (BVP) dans le cas d'un téléphone portable car j'ai entendu que la BVP est utilisée dans les téléphone portables. Quelle est son utilité? Merci d'avance.
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[LPFR]

Bonjour.
Parmi d'autres dont je ne connais pas l'existence, la plus immédiate est celle du synthétiseur de fréquences pour l'émission et pour la réception.
On part d'un quartz à fréquence 'fo' et on synthétise une autre en faisant f = (n/m)fo avec une boucle à verrouillage et des diviseurs de fréquence par 'n' et 'm' et d'un VCO (voltage controlled oscillator).
Au revoir.

[verdifre]

Bonjour,
On peut aussi s'en servir en demodulation dans le cas d'informations transmises en modulation de frequence (on recupere le signal de commande du VCO)
voir http://uuu.enseirb.fr/~dondon/transn...ModnumFSK.html
principalement les chapitres consacrés à modulation demodulation FSK
fred

[invite2eb24907]

Pour la partie numnérique, les téléphones utilisent un circuit intégré (genre Texas Instruments OMAP) qui contient le processeur et les divers modules (USB, Display...). Ces puces utilisent un quartz externe compatible avec la bande de base (typiquement 26MHz).

Le PLL intégré au chip permet de monter cette fréquence externe basse mais précise a une fréquence interne beaucoup plus haute, 900 MHz par exemple, puis de la redistribuer aux divers modules internes, selon un arbre d'horloges.

L'arbre d'horloges est implementé avec des diviseurs de frequence (des compteurs tout simples) et des portes permettant de couper une branche (portes ET toutes simples)

Eric Saint-Etienne

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Bonjour,

Je me permet de compléter les réponses suivantes. Les normes de télécommunications radio, comme le GSM ou le DCS1800 imposent des contraintes relativement fortes sur la précision des fréquences des porteuses utilisées, sur la durée des bits, etc, etc...

Comme les porteuses sont typiquement à des fréquences de l'ordre du GHz (900 MHz -> 1900 MHz), on pourrrait penser à synthétiser directement ces fréquences. Mais cela n'est pas possible avec la précision demandée.

Pourtant on sait faire des oscillateurs très stables, mais à plus basse fréquence, quelques dizaines de Mhz (les 26 Mhz cités par exemple). Ces oscillateurs sont souvent à base d'un cirstal de quartz.

Le but de la PLL pour la synthèse de fréquence est de commander un oscillateur à haute fréquence à partir d'un autre de basse fréquence. On réalise un système asservit dans lequel la stabilité de l'oscillateur à quartz est "transférée" sur celui à 1-2 GHz.

[LPFR]

...
des fréquences de l'ordre du GHz (900 MHz -> 1900 MHz), on pourrrait penser à synthétiser directement ces fréquences....

Bonjour Albanxiii.
J'ai une objection de langage sur le terme "synthétiser une fréquence". Pour moi, c'est fabriquer une fréquence à partir d'une autre. Donc, je ne pense pas que l'on puisse parler de "synthétiser directement". Ou je ne comprends pas ce que vous entendez par là. Pour moi "générer" et synthétiser ne sont pas des homonymes.
On peut faire directement des oscillateurs à bien plus haute fréquence et même les asservir à un quartz dans des diviseurs ou avec des "peignes".
Pour moi "synthétiser une fréquence" implique utiliser une PLL pour pouvoir faire l'opération (m/n)fo.
Cordialement,

[invitef17c7c8d]

Pouvez-vous nous dire pourquoi on parle de vérouillage de phase?

[invite2eb24907]

Comme l'explique Wikipedia, le but d'un PLL est de verrouiller la phase du signal de sortie sur la phase du signal d’entrée.
L'utilisation la plus courante en électronique numérique est la multiplication de fréquence.
Je laisse s'exprimer quelqu'un qui s'y connait en électronique analogique comme le GSM.

[invitef17c7c8d]

J'aurais peut-être une explication...

L'oscillateur doit être asservi sur sa fréquence de résonance. Or cette fréquence peut certainement varier quelque peu, d'où la necessité d'asservir cette fréquence. Or à brule pour point, pour repérer une fréquence de résonance sur un diagramme de bode, il suffit de trouver le maximum de la courbe (ou le pic)

Alors pourquoi asservir la phase et pas l'amplitude?

En fait avec un asservissement sur l'amplitude, il est impossible de savoir si la fréquence de résonance augmente ou diminue. Avec la phase, si.

[verdifre]

Bonjour,
Je suppose que tu as quelques notions sur les asservissements
pour faire court
tu as un oscillateur qui va bien , pour faire simple 1Mhz, stable et tout...
mais tu as besoin d'une frequence de 4 Mhz quelque part dans ton montage
alors tu prends un VCO , oscillateur dont la frequence peut etre cpmmandée par une tension ( c'est pas trés stable , c'est pas trés lineaire mais cela marche)
tu divises la frequence en sortie du VCO par 4 et tu vient la comparer à la pfequence de reference de 1 MHz (plus exactement tu compares leur phases respectives) le resultat de cette comparaison te sert à piloter le VCO. c'est finalement un asservissement et la grandeur qui est asservie est la phase si les deux signaux sont en phase, ils ont même frequence.
Le systeme tel que decrit ne peut generer des drequences que par pas de 1 Mhz, si on veut un pas plus faible il suffit de deriver à partir de l'oscillateur de reference des frequences plus basses par simple division.
Il est bien evident que j'occulte pas mal de details pratiques et theoriques.
un des interets est que une fois la boucle verouillée, (le regime transitoire passé), la stabilité du signal de sortie est la même que celle de l'horloge de référence.
fred

[invitef17c7c8d]

Super Verdiffre pour cette explication, mais je ne suis pas d'accord avec toi lorsque tu dis:

c'est finalement un asservissement et la grandeur qui est asservie est la phase si les deux signaux sont en phase, ils ont même frequence.

Donc on possède un oscillateur de fréquence propre 1MHz et on souhaite à partir de celui-ci générer une fréquence de 4MHz ailleurs dans le circuit.
Pour cela on utilise donc ton VCO pas très stable. Pour assurer sa stabilité il faut l'asservir.
Mais, et c'est là toute la subtilité de cet asservissement, il faut bien avoir à l'esprit qu'il y a un changement de la phase à la fréquence de résonance de l'oscillateur. Et c'est justement ce changement de phase qui permet l'asservissement.

[verdifre]

bonjour,
la frequence de resonance de quel oscilateur ?
puisque dans le cas d'un VCO c'est la frequence de resonnance qui peut être pilotée (par exemple par l'utilisation d'une diode varicap dans le circuit resonnant)
et la phase entre quoi et quoi ?

fred

[invitef17c7c8d]

Ah d'accord! On est en présence de deux oscillateurs: 1 avec une fréquence fixe et donc stable et une avec une fréquence variable (via la diode vericap).

Mais pourquoi alors le fait d'avoir la même phase pour les deux oscillateurs implique-t-il qu'on est à la bonne fréquence?

[verdifre]

Bonjour,
si deux signaux ont en permanence la même phase ---> ils ont même frequence
Dans le cas pris en exemple le signal en sortie de VCO , aux alentours de 4 Mhz selon l'exemple pris, passe par un diviseur par 4 avant d'être comparé
c'est finalement le diviseur par 4 qui permet la multiplication par 4 de la frequence generée
aprés, avec un jeu de diviseurs aussi bien sur la reference que sur le VCO on peut obtenir quasiment n'importe quelle fréquence.
fred

[invite2eb24907]

si deux signaux ont en permanence la même phase ---> ils ont même frequence

Un signal a 1MHz et un autre s 2MHz ne peuvent-ils pas avoir la meme phase ?
Il me semble que les harmoniques ont la meme phase.

Eric Saint-Etienne

[invitef17c7c8d]

Ok, je comprends mieux.
Si maintenant on se place du point de vue d'un contrôleur: Peut-on dire que ce système joue le rôle d'un contrôleur analogique? Si oui, pourrait-on envisager un équivalent numérique par l'implémentatoin d'un algorithme (type PID ou autre) ?

[invite2eb24907]

En electronique numérique, les PLL sont faites en techno CMOS, mais la géométrie des transistors est adaptée (je serais incapable d'expliquer davantage) : le PLL est une IP analog dans un design digital.

Le module PLL prend une horloge numérique en entrée, et la multiplie grace au VCO mentionné plus haut.

Certains PLL ont meme 2 retours sur le VCO: un coarse et un fine.

Et dans le cas de l'USB que je connais bien, cerains constructeurs utilisent deux VCO dans leur PLL : un VCO pour la récéption et un VCO pour l'émission. Le but étant de caler la fréquence d'emission sur la fréquence de récéption (480 MHz dans le cas de l'USB).
L'astuce consiste a envoyer le controle 'coarse' sur l'autre VCO et a garder le controle 'fine' pour soi.
Ainsi, si la frequence source derive, la frequence d'emission va suivre, dans une certaine mesure bien sur, et le PLL ne va pas se délocker.

Eric Saint-Etienne

[invitedaf7b98f]

Bonjour tout le monde,
Merci à vous tous pour vos explications. Si j'ai bien compris la BVP joue rôle de diviseur de fréquence dans le cas d'un téléphone portable? D'après le cours, j'ai compris que le principal but d'une BVP est d'asservir une phase. C'est que je voulais savoir dans un téléphone portable, on va asservir quelle phase?

[LPFR]

Bonjour tout le monde,
Merci à vous tous pour vos explications. Si j'ai bien compris la BVP joue rôle de diviseur de fréquence dans le cas d'un téléphone portable? D'après le cours, j'ai compris que le principal but d'une BVP est d'asservir une phase. C'est que je voulais savoir dans un téléphone portable, on va asservir quelle phase?

Bonjour.
Non.
Regardez le 4 premières réponses. Tout est là.
La BVP sert à fabriquer des fréquences au choix contrôleur central du téléphone, qui les choisit en fixant les facteurs de division des fréquences.
Le fait que ce soit fait avec une PLL, ne veut pas dire que l'on s'intéresse à la phase.
Et comme ça vous à été dit, dans ce cas il fabrique des fréquences plus grandes que la fréquence de référence (celle du quartz). C'est dont plutôt un "multiplieur" de fréquence mais dont le facteur de multiplication est un nombre fractionnaire m/n.
Au revoir.

[verdifre]

Bonjour,

Un signal a 1MHz et un autre s 2MHz ne peuvent-ils pas avoir la meme phase ?
Il me semble que les harmoniques ont la meme phase.

Une des solutions est de discretiser le signal avant à l'aide d'un simple comparateur. Bien sur, cela ne marche bien que quand les frequences ne sont pas trop eloignées et on tombe rapidement sur les problemes de plage de capture etc....

Ok, je comprends mieux.
Si maintenant on se place du point de vue d'un contrôleur: Peut-on dire que ce système joue le rôle d'un contrôleur analogique? Si oui, pourrait-on envisager un équivalent numérique par l'implémentatoin d'un algorithme (type PID ou autre) ?

un oscillateur est déja par définition un systeme analogique. Il est bien évident que dans un PLL il y a une bonne part d'analogique. Le nom même de VCO (voltage controled oscillator) implique de l'analogique puisque l'on commande par une tension. à un niveau plus fin, la plupart des portes logiques ont le comportement d'un ampli op. C'est ce qui est utilisé quand on fait un oscillateur avec une porte et un quartz.
On peut parfois mettre à profit le comportement analogique des portes logiques.

D'après le cours, j'ai compris que le principal but d'une BVP est d'asservir une phase. C'est que je voulais savoir dans un téléphone portable, on va asservir quelle phase?

on asservi la phase de la frequence générée sur la phase de l'oscillateur de référence (les signaux étant prealablements divisés avec le bon rapport) ceci dans le seul but que le signal généré ait la même stabilité que l'oscillateur de référence.
sorti de la PLL, sauf applications particulières, la phase n'a plus la moindre importance.
fred

fred

[albanxiii]

J'ai une objection de langage sur le terme "synthétiser une fréquence". Pour moi, c'est fabriquer une fréquence à partir d'une autre. Donc, je ne pense pas que l'on puisse parler de "synthétiser directement". Ou je ne comprends pas ce que vous entendez par là. Pour moi "générer" et synthétiser ne sont pas des homonymes.
On peut faire directement des oscillateurs à bien plus haute fréquence et même les asservir à un quartz dans des diviseurs ou avec des "peignes".
Pour moi "synthétiser une fréquence" implique utiliser une PLL pour pouvoir faire l'opération (m/n)fo.

Bonjour LPFR,

Vous avez parfaitement raison et je vous remercie d'avoir corrigé mon incorrection (c'est même pas imprécis, c'est incorrect).

Et dire que quand j'en ai l'occasion je suis le premier à sensibiliser les étudiants qui se trouvent en face de moi sur la précision du langage et l'importance des mots utilisés

[LPFR]

...(c'est même pas imprécis, c'est incorrect).
...

Bonjour Alabnxiii,
Bon, n'exagérons rien, on vous dispense des 40 coups de fouet.
Cordialement,

[invite2eb24907]

Une utilisation essentielle des PLL en electronique numérique : le sampling des signaux dual-data-rate (DDR-SDRAM), qui se fait typiquement a 90 et 270 degrés (certains chips permettent d'autres angles comme 83 degrés).

Dans ce cas c'est bien une phase constante que l'on cherche.

Eric Saint-Etienne