PLL et Oscillateurs

À l’issue de ce cours, les étudiants seront capables de :

• Comprendre les principes fondamentaux des boucles à verrouillage de phase (PLL) et des oscillateurs.

• Identifier les différents types de détecteurs de phase et leurs domaines d’application.

• Maîtriser le rôle et le fonctionnement des oscillateurs commandés en tension (VCO) et du Charge Pump dans une PLL.

• Analyser la dynamique de la boucle en mode capture et mode verrouillé, ainsi que les conditions de stabilité.

• Concevoir et caractériser les filtres de boucle en lien avec les performances globales de la PLL (bande passante, bruit, temps de verrouillage).

• Comprendre le principe des oscillateurs à contre-réaction positive, les oscillateurs harmoniques et LC, ainsi que la notion de résistance négative.

• Connaître les oscillateurs à quartz et leurs caractéristiques de stabilité fréquentielle.

1. Introduction générale aux PLL et oscillateurs

• Rappels sur les besoins en synchronisation et génération de fréquence dans les systèmes électroniques.

• Architecture de base d’une boucle à verrouillage de phase (PLL) : détecteur de phase, filtre de boucle, oscillateur commandé en tension (VCO), diviseur de fréquence, charge pump.

• Domaines d’application : télécommunications, conversion de données, horloges de processeurs, circuits RF.

2. Détecteurs de phase et circuits associés

• Multiplieur de phase : fonctionnement analogique.

• Détecteur XOR : approche logique et applications simples.

• Détecteur à flip-flop : détection séquentielle de phase.

• Détecteur PFD (Phase-Frequency Detector) : fonctionnement détaillé, linéarité, large plage de capture.

• Charge Pump : conversion courant-tension, effets de déséquilibre et impact sur le bruit de phase.

3. Filtre de boucle et dynamique de la PLL

• Structure et rôle du filtre de boucle : intégrateur, filtre passe-bas actif/passif.

• Analyse de la PLL en mode verrouillé : stabilité, marge de phase, réponse en fréquence.

• Analyse de la PLL en mode capture : dynamique transitoire, acquisition de phase.

• Notions de bande passante, temps de verrouillage et jitter.

4. Oscillateurs commandés en tension (VCO)

• Principe de fonctionnement du VCO.

• Relation tension/fréquence et linéarité.

5. Principes des oscillateurs autonomes

• Conditions d’oscillation et contre-réaction positive.

• Oscillateurs harmoniques et LC : topologies, stabilité, pureté spectrale.

• Notion de résistance négative : interprétation énergétique et réalisation pratique.

• Oscillateurs à quartz : principe de résonance, stabilité fréquentielle, app

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