4. Phase Locked Loop
Pengertian Phase Locked Loop
Phase loocked loop PLL adalah loop umpan balik dengan detektor fase pencampur yang
digunakan dengan cara yang khusus, sebuah low pass filter, sebuah penguat dan sebuah
Voltage Controlled Oscillator VCO. Daripada memberikan kembali tegangan dan membandingkannya dengan input, PLL memberikan kembali frekuensi dan
membandingkannya dengan frekuensi yang datang. Hal ini memungkinkan VCO mengunci
frekuensi yang baru masuk. PLL mempunyai banyak penggunaannya. Penerima TV menggunakan PLL untuk
mengsinkronkan ayunan sweep horizontal dan vertikal. Penala tuner stereo FM menggunakan PLL untuk memperbaiki penampilannya performance. Dan karena
kekebalannya terhadap derau noise, PLL telah digunakan secara luas untuk mengikuti sinyal dari satelit. Penggunaan lain meliputi frekuensi synthesizer, generator FM dan telepon
nada sentuh.
Detektor Fase
Low Pass Filter
Amplifier VCO
f
IN
f
OUT
Gambar 27. Blok diagram sebuah PLL Gambar 27 menunjukkan sebuah PLL. Sinyal yang datang adalah input untuk detektor fase;
sinyal VCO yang kembali merupakan sinyal input lain. Output dari detektor fase menggerakkan low-pass filter, yang outputnya diperkuat dan dipakai pada VCO. Mula mula
frekuensi VCO dekat dengan frekuensi yang datang karena output dari detektor fase adalah sebuah nada denyut sinyal frekuensi rendah. Hal ini menyebabkan frekuensi VCO berubah
sampai menjadi sama dengan frekuensi yang datang. Pada titik ini output dari detektor fase adalah tegangan dc, sebanding dengan perbedaan fase antara sinyal VCO dan sinyal yang
datang. Tegangan dc yang diperkuat inilah yang mengendalikan frekuensi VCO, menjaganya tetap terkunci terhadap frekuensi yang baru masuk.
Itulah cara kerja sebuah PLL. Nah, sekarang akan kita bahas bagian per bagian.
4.1. Detektor Fase
Sebuah detektor fase adalah sebuah pencampur yang dioptimalkan untuk digunakan
dengan input yang frekuensinya sama. Ia disebut detektor fase karena besarnya tegangan dc bergantung pada sudut fase
φ di antara isyarat-isyarat input. Sejalan dengan berubahnya sudut fase maka tegangan dc pun berubah. Detektor fase sering
disebut sebagai pembanding fase Phase Comparator.
Gambar 28-a mengilustrasikan sudut fase diantara isyarat sinusoida. Pada waktu isyarat ini mendorong detektor fase pada gambar 28-b, sebuah tegangan dc muncul.
Satu jenis dari detektor fase mempunyai sebuah tegangan keluaran yang bervariasi seperti ditunjukan gambar 28-c. Pada waktu sudut fase
φ = 0, tegangan dc-nya maksimum. Sejalan dengan meningkatnya sudut fase dari 0 ke 180
°, tegangan dc berkurang ke nilai minimumnya. Pada waktu
φ adalah 90°, keluaran dc merupakan rata-rata dari keluaran maksimum dan minimum.
Sebagai contoh, misalkan sebuah detektor fase mempunyai sebuah keluaran maksimum sebesar 10 V dan keluaran minimum sebesar 5 V. Diwaktu masukannya
berbeda fasa 90 °, keluaran dc-nya adalah 7,5 V. Waktu masukannya berbeda fase
180 °, keluaran dc-nya adalah 5 V. Ide kuncinya di sini adalah keluaran dc menurun di
waktu sudut fase menaik.
a Sudut fase diantara isyarat b
detektor fase
φ c
keluaran dari
detektor fase
Gambar 28. Cara kerja detektor fase Kenapa detektor fase bisa berubah nilai tegangan dc bila berbeda sudut fasenya ? Hal
ini terlihat pada rangkaian dasar dari detektor fase, yakni gerbang exclusive-OR ex- OR.
Sebuah gerbang ex-OR memiliki fungsi hanya memiliki logika ‘1’ ketika semua inputnya memiliki nilai yang berbeda. Serta menghasilkan logika ‘0’ ketika semua
inputnya bernilai sama. Tabel kebenaran dan simbol dapat kita lihat pada gambar 29.
A B x
0 0 0 0 1 1
1 0 1 1 1 0
Tabel Kebenaran gerbang ex-OR
b Simbol
gerbang ex-OR
a Rangkaian exlusive-OR Gambar 29. Gerbang ex-OR
Jadi, jika kita beri input ex-OR dengan gelombang berbentuk persegi yang mempunyai selisih duty cycles sebesar 50 , seperti pada gambar 30, maka output sebuah
detektor fase adalah seperti pulsa gelombang persegi.
1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1
1 1 0 0 1 1 0 f
IN
f
OUT
VCO
f
OUT
Detektor Fase
Gambar 30. Bentuk gelombang PLL pada detektor fase Karakteristik transfer dari detektor fase, dengan asumsi frekuensi ripple, fr=2f
OUT
VCO, maka bisa kita tekan menjadi tegangan output sebesar,
V
DEMOUT
=
VCO f
f Vcc
OUT IN
φ φ
π
−
dimana V
DEMOUT
adalah demodulator output setelah melewati low pass filter. Sedangkan penguatan pada detektor fase, K
P
, dengan menggunakan persamaan: K
P
=
r V
Vcc
π
Tegangan rata-rata V
DEMOUT
dari detektor fase yang telah melewati low pass filter sebelum masuk ke VCO adalah resultan dari perbedaan fase antara f
IN
dan f
OUT
VCO, seperti terlihat pada grafik gambar 31. V
DEMOUT
mempunyai nilai rata-rata ½ Vcc ketika tidak ada sinyal atau noise pada f
IN
serta dengan kondisi detektor fase seperti ini VCO akan berosilasi pada frekuensi center f
O
.
V
DEMOUT
φ
DEMOUT
Gambar 31. Grafik V
DEMOUT
tegangan output terhadap perbedaan fase
4.2. Low Pass Filter
Kategori