Redes pll

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Electrónica Aplicada III - Lazos enganchados en fase ( PLL) - Daniel Rabinovich /Oscar Santa Cruz 2008

PLL - PHASE LOOP LOCKED - Lazos Enganchados en Fase
General • Es un circuito que permite que una señal de referencia externa, controle la frecuencia y la fase de un oscilador. • El primer uso documentado de un PLL fue en 1932, en un receptor homodino o sincrodino, pero no fue hasta los años60, con la aparición de los circuitos integrados que se los comenzó a usar profusamente.

Diagrama en bloques y principio de funcionamiento
Ve pen=kd Vd 0db -3db ω VS, fS, VS Detector de Fase kd fS-fO fo-fs Ve B Filtro Pasabajos F(s) Vd Oscilador controlado por tensión kO F(ω) ff Vd fO

θd=θS -θO VO, fO, VO



El VCO (Voltage Controlled Oscilator) oscila libremente a una frecuencia,determinada por una red RC o LC, llamada frecuencia de corrida libre ff (free frequency). Esta frecuencia es comparada con la frecuencia fS de una señal de referencia en el detector de fase (que se comporta como un mezclador cuando excede su rango lineal, esto se demostrará en la próxima sección), el cual entrega la mezcla de ambas fS-fO o fO-fS dependiendo cual es mayor. Los productos de altafrecuencia tal como fS+fO, 2fS, 2fO, etc. son eliminados por el filtro pasabajos F(s). Si la frecuencia de la señal Ve (fS-fO o fO-fS) es lo suficientemente baja para que el filtro pasabajos no la atenúe ni la desfase en exceso, Vd controlará el VCO, tendiendo a reducir la diferencia de fo frecuencias hasta que se igualen.
ff





Una vez que se sincronizan VO y VS, esto es fO=fS, el detector defase entrega una tensión Ve, con una componente continua estable necesaria para que el VCO iguale la frecuencia de la señal de referencia. En este caso se establece una diferencia de fase θd para producir la tensión Ve antedicha.

Vd Ve θd

Electrónica Aplicada III - Lazos enganchados en fase ( PLL) - Daniel Rabinovich /Oscar Santa Cruz 2008

Demostración de que el comparador de fase secomporta como un mezclador cuando se excede su rango lineal
Ve θd=θS -θO Rango lineal -3π/2 -π -π/2 π 3π/2 π/2 Ve θd

Comparador de fase ideal

Comparador de fase real

Sea V0 = cos(ω0 t + Θ 0 ) y VS = cos(ωS t + ΘS ) si ωs = ω0 + ∆ω ∴ ωs t = ω0 t + ∆ωt entonces se puede expresar que VS = cos(ω0 t + ∆ωt + ΘS ) = cos(ω0 t + θS ) θ d = θS - θ 0 = ∆ωt + ΘS - Θ0 si forzamos ΘS = Θ0 = 0 θ d = ∆ωtque crece monótona con el tiempo
Ve 2π θd Ve t

θd

T

∆ωT = 2π ∆ω =
T Vd=∆ωt

2π T 2π T

∆ω = ω S − ω 0 = fS − f0 = 1 T

t



La frecuencia fundamental de Ve(t) es la diferencia fS-fO.

Estados de funcionamiento Estado de corrida libre • Esta condición ocurre cuando no hay señal de entrada o hay una señal de entrada a la cual el lazo no tiene posibilidades de enganchar. Enesta condición, generalmente Vd=0 o Vd≈ VDD /2, cuando el chip es alimentado con una fuente de tensión VDD no partida. Estado fijo • Es el que corresponde cuando el lazo está enganchado en fase. fO=fS salvo una diferencia finita de fase θd.

Electrónica Aplicada III - Lazos enganchados en fase ( PLL) - Daniel Rabinovich /Oscar Santa Cruz 2008

• Cuando un lazo está enganchado por cada ciclo dela señal de entrada, hay uno y solo un
ciclo de la señal de salida. Si el comparador de fase no excede su rango lineal se asegura el cumplimiento de esta condición. Estado de captura • Es el estado previo al fijo, es cuando el VCO está cambiando de frecuencia, intentando enganchar la frecuencia de la señal de referencia. Rangos de funcionamiento • Es conveniente definir los rangos defuncionamiento a partir de las variaciones de Vd cuando se varía la frecuencia de la señal de referencia.

Vd máx

captura en forma instantánea

ff

fS

2fC Vd mín 2fP 2fL

• • • •


ff: frecuencia de corrida libre 2fC: rango de captura 2fP: rango de tracción 2fL: rango de seguimiento siempre se cumple que 2fC < 2fP < 2fL



El rango de seguimiento 2fL no depende de las características...
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