PLL FM-Demodulator: Phasenregelkreis-FM-Detektor

PLLs mit Phasenregelkreisen sind ideal für die Demodulation der Frequenzmodulation, da FM einfach in ICs integriert werden kann und einen linearen Ausgang bietet.

PLL-FM-Detektoren mit Phasenregelkreis können leicht aus der Vielzahl der verfügbaren integrierten Schaltkreise mit Phasenregelkreis hergestellt werden. Daher sind PLL-FM-Demodulatoren in vielen Arten von Funkgeräten zu finden, die von Rundfunkempfängern bis hin zu Hochleistungskommunikationsgeräten reichen.

Die PLL-Technologie wurde eingesetzt, als integrierte Schaltkreise viele Funkfunktionen übernahmen. Die PLL kann leicht in den Funk-IC integriert werden, indem dem IC einfach eine kleine zusätzliche Schaltung hinzugefügt wird. Dies führte zu sehr geringen Kosten und erforderte nur wenige externe Komponenten - normalerweise nur billige Widerstände und Kondensatoren.

Die PLL-Technologie eliminiert die kostspieligen HF-Transformatoren, die für Schaltungen wie den Verhältnis-FM-Detektor und die Foster Seeley-Schaltung benötigt werden. Typischerweise erfordert ein FM-Demodulator mit Phasenregelkreis nicht die Verwendung eines Induktors, geschweige denn eines Transformators, dessen Herstellung noch teurer ist.

Grundlagen der PLL FM-Demodulation
Die Funktionsweise eines PLL FM-Demodulators mit Phasenregelkreis ist relativ einfach. Es sind keine Änderungen an der grundlegenden Phasenregelschleife selbst erforderlich, wobei die grundlegende Operation der Schleife verwendet wird, um die erforderliche Ausgabe bereitzustellen.

Hinweis zum Phasenregelkreis, PLL:
Der Phasenregelkreis PLL ist ein sehr nützlicher HF-Baustein. Die PLL verwendet das Konzept der Minimierung der Phasendifferenz zwischen zwei Signalen: einem Referenzsignal und einem lokalen Oszillator, um die Frequenz des Referenzsignals zu replizieren. Mit diesem Konzept ist es möglich, PLLs für viele Anwendungen zu verwenden, von Frequenzsynthesizern über FM-Demodulatoren bis hin zur Signalrekonstitution.

PLL Phase Locked Loop FM Demodulator

Um den Betrieb des PLL FM-Demodulators zu betrachten, nehmen Sie die Bedingung an, dass keine Modulation angewendet wird und sich der Träger in der Mittelposition des Durchlassbereichs befindet. Die Spannung auf der Abstimmleitung zum VCO wird auf die Mittelposition eingestellt.

Wenn der Träger jedoch in der Frequenz abweicht, versucht die Schleife, die Schleife im Schloss zu halten. Dazu muss die VCO-Frequenz dem eingehenden Signal folgen, und damit dies geschieht, muss die Abstimmleitungsspannung variieren.

Die Überwachung der Abstimmungslinie zeigt, dass die Spannungsschwankungen der auf das Signal angelegten Modulation entsprechen. Durch Verstärken der Spannungsschwankungen auf der Abstimmleitung ist es möglich, das demodulierte Signal zu erzeugen.

Obwohl keine grundlegenden Änderungen an der Phasenregelschleife erforderlich sind, um FM demodulieren zu können, wird typischerweise ein Pufferverstärker von der Abstimmleitung bereitgestellt, um zu verhindern, dass die Abstimmleitung von anderen Abschnitten des Empfängers geladen wird. Es bietet eine niedrigere Ausgangsimpedanz und verhindert so, dass das Laden durch den Audioverstärker die Schleife in irgendeiner Weise stört.

PLL Phase Locked Loop FM Demodulator mit gepuffertem Ausgang

Es gibt viele verschiedene ICs, mit denen FM demoduliert werden kann. Eine der beliebtesten ist die 565, die es seit vielen Jahren in verschiedenen Formen gibt. Obwohl die Schaltung ziemlich alt ist, funktioniert sie gut und oft wird wenig gewonnen, wenn man zu anderen Chips geht.

PLL FM-Demodulatorleistung
Der PLL-FM-Demodulator wird normalerweise als eine relativ leistungsstarke Form eines FM-Demodulators oder Detektors angesehen. Dementsprechend werden sie in vielen FM-Empfängeranwendungen verwendet.

Der PLL FM-Demodulator bietet eine Reihe wichtiger Vorteile:
Linearität:  

Einer der Vorteile des PLL FM-Demodulators ist seine hohe Linearität. Dies wird durch die Spannungs-Frequenz-Charakteristik des VCO innerhalb des Phasenregelkreises bestimmt.

Normalerweise kann der Phasenregelkreis über eine große Bandbreite betrieben werden - normalerweise ist dies viel breiter als die Bandbreite des FM-Signals oder sogar der ZF-Stufen des FM-Empfängers. Da die Frequenzabweichung des eingehenden FM-Signals nur einen kleinen Teil der PLL-Bandbreite abdeckt, ist die Gesamtumwandlung sehr linear.

Die VCO-Spannungs-Frequenz-Kurve ist der Hauptbestimmungsfaktor und kann für den für die FM-Demodulation erforderlichen Bereich sehr linear gemacht werden. Die Verzerrungspegel für PLL-FM-Demodulatoren sind normalerweise sehr niedrig und liegen typischerweise in der Größenordnung von einem Zehntel Prozent. Dies macht den PLL FM-Demodulator zu einer sehr guten Option für High-Fidelity-Tuner sowie für viele andere Anwendungen, einschließlich Funkkommunikation usw.

Unempfindlich gegen Amplitudenrauschen:  

Im Allgemeinen ist der FM-Demodulator mit Phasenregelkreis sehr unempfindlich gegenüber Amplitudenrauschen. Da der Phasenregelkreis die Frequenz des eingehenden Signals verfolgt, bietet er einen relativ hohen Grad an Immunität gegen AM-Rauschen. Natürlich kann es hilfreich sein, wenn der ZF-Verstärker des Radios so gesättigt ist, dass der Signalpegel begrenzt und das Rauschen beseitigt wird, aber selbst für sich bietet der PLL-FM-Demodulator eine gute Störfestigkeit.

Einfache Einbindung in ICs:   

Phasenregelkreise sind sehr einfach in eine integrierte Schaltung zu implementieren. PLLs sind seit langem als ICs verfügbar, und dies bedeutet, dass die Technologie einfach zu implementieren ist.

Auch die PLL-FM-Demodulatorblöcke sind für IC-Entwickler verfügbar, und daher sind in vielen Funk-ZF-Verstärker-ICs Demodulatoren für AM und FM eingebaut. Oft kann der FM-Demodulator ein Demodulator mit Phasenregelkreis sein.

Herstellungskosten:   

Da sich der FM-Demodulator mit Phasenregelkreis für die Technologie integrierter Schaltkreise eignet, sind nur wenige externe Komponenten erforderlich, um den FM-Demodulator zu vervollständigen. Ein besonderer Vorteil ist, dass für die VCO-Schaltung häufig kein Induktor erforderlich ist.

Da Induktivitäten relativ teure Komponenten sind, kann dies die Gesamtkomponentenkosten erheblich senken und diesen Ansatz für die Herstellung in großem Maßstab sehr attraktiv machen. Diese Tatsachen machen den PLL FM-Demodulator für moderne Anwendungen besonders attraktiv.

Überlegungen zum PLL FM-Demodulator-Design
Eine der wichtigsten Überlegungen beim Entwurf eines Phasenregelkreissystems zur Verwendung als FM-Demodulator ist das Schleifenfilter. Dies muss so gewählt werden, dass es ausreichend breit ist, um den erwarteten Schwankungen des frequenzmodulierten Signals folgen zu können. 

Dementsprechend sollte die Schleifenreaktionszeit im Vergleich zu der erwarteten kürzesten Zeitskala der Variationen des zu demodulierenden Signals kurz sein.

Ein weiterer Entwurfsaspekt ist die Linearität des VCO. Dies sollte so ausgelegt sein, dass die Spannungs-Frequenz-Kurve über den auftretenden Signalbereich so linear wie möglich ist, dh die Mittenfrequenz plus und minus der erwarteten maximalen Abweichung.

Im Allgemeinen ist die PLL-VCO-Linearität für durchschnittliche Systeme kein Hauptproblem, es kann jedoch einige Aufmerksamkeit erforderlich sein, um sicherzustellen, dass die Linearität für HiFi-Systeme ausreichend gut ist.

FM-Demodulatoren mit Phasenregelkreis werden in vielen inländischen und professionellen Radioempfängern zur Demodulation von FM-Signalen verwendet. Der PLL FM-Demodulator bietet in vielen Fällen eine sehr attraktive Option, da er äußerst geringe Verzerrungen aufweist und in die Technologie integrierter Schaltkreise integriert werden kann.

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