Funcionamiento y aplicaciones pll

Objetivos

• ANALIZAR EL FUNCIONAMIENTO DE UN PLL.
• CONOCER LAS APLICACIONES DE UN PLL.

INTRODUCCION

EL OSCILADOR ENGANCHADO EN FASE ES UN SISTEMA DE REALIMENTACIÓN CONSISTENTE EN UN COMPARADOR DE FASE, UN FILTRO PASO BAJO, UN AMPLIFICADOR DE LA SEÑAL ERROR  Y UN OSCILADOR CONTROLADO POR TENSIÓN (VCO) EN EL CAMINO DE LA REALIMENTACIÓN.

QUIZÁS EL PUNTO MÁS IMPORTANTE A TENEREN CUENTA CUANDO DISEÑAMOS EL PLL ES QUE ES UN SISTEMA DE REALIMENTACIÓN COMO CUALQUIER OTRO Y, DE LO QUE SE DEDUCE, QUE ESTÁ CARACTERIZADO MATEMÁTICAMENTE CON LAS MISMAS ECUACIONES QUE APLICAN A LOS OTROS SISTEMAS DE REALIMENTACIÓN MÁS CONVENCIONALES. SIN EMBARGO, LOS PARÁMETROS DE LAS ECUACIONES SON ALGO DIFERENTES YA QUE EN LOS PLL'S LA SEÑAL DE ERROR DE REALIMENTACIÓN ES UN ERROR DE FASEMIENTRAS QUE EN LOS CONVENCIONALES ES UNA SEÑAL ERROR DE VOLTAJE O CORRIENTE.

MARCO TEORICO

FUNCIONAMIENTO DE UN PLL

EL PRINCIPIO BÁSICO DEL FUNCIONAMIENTO DE UN PLL PUEDE EXPLICARSE COMO SIGUE:
Cuando no hay señal aplicada a la entrada del sistema, la tensión vd(t) que controla el vco tiene un valor cero. El vco oscila a una frecuencia, f0 (o lo que es equivalente en radianes wo) que esconocida como frecuencia librede oscilación. Cuando se aplica una señal a la entrada del sistema, el detector de fase compara la fase y la frecuencia de dicha señal con la frecuencia del vco y genera un voltaje de error ve(t) que es proporcional a la diferencia de fase y frecuencia entre las dos de señales. Este voltaje de error es entonces filtrado, ampliado, y aplicado a la entrada de control delvco. De esta manera, la tensión de control vd(t) fuerza a que la frecuencia de oscilación del vco varíe de manera que reduzca la diferencia de frecuencia entre f0 y la señal de entrada fi. Si la frecuencia de entrada fi está suficientemente próxima a la de f0, la naturaleza de la realimentación del pll provoca que el oscilador vco sincronize y enganche con la señal entrante. Una vez enganchado, lafrecuencia del  vco es idéntica a la de la señal de entrada a excepción de una diferencia de fase finita.
Esta diferencia de fase neta es fe, donde: fe = fo - fi
Es la diferencia de fase necesaria para generar el voltaje de error corrector vd para conseguir el desplazamiento de la frecuencia libre del vco para igualarse a la frecuencia fi de la señal de entrada y así mantener el pll enganchado.Esta capacidad de autocorrección del sistema también permite al pll "encarrilar" los cambios de frecuencia con la señal de entrada una vez se ha enganchado. la gama de las frecuencias sobre las que el pll puede mantener el enganche con una señal de entrada se define como  “gama de enganche o cierre” del sistema. La banda de las frecuencias sobre las que el pll pueden engancharse con una señal deentrada conocida como “gama de captura” del sistema y  nunca es mayor que la gama de enganche.
Otros medios de describir la operación del pll está en observar que el comparador de fase es en realidad un circuito multiplicador que mezcla la señal de entrada con la señal del vco. Esta mezcla produce una gama de frecuencias que son sumas y diferencias de frecuencias  (fi + fo) y (fi - fo).
Cuando elbucle está enganchado (fi = fo  ; entonces fi + fo= 2fi  y  fi - fo=0); de ahí que, a la salida del comparador de fase sólamente tengamos una componente dc. El filtro paso bajo anula la componente de frecuencia suma por estar (fi + fo) fuera de su ancho de banda pero deja pasar la dc que se amplifica entonces y ataca al vco. Observar que cuando el bucle está enganchado, la componente diferencia defrecuencia es siempre dc, de tal manera que la gama de enganche es independiente del flanco del ancho de banda del filtro paso bajo.

Enganche y captura

CONSIDEREMOS  AHORA EL CASO EN QUE EL BUCLE NO ESTÁ AÚN ENGANCHADO. EL COMPARADOR DE FASE MEZCLA NUEVAMENTE LAS SEÑALES DE LA ENTRADA Y DEL VCO PRODUCIENDO COMPONENTES SUMA Y DIFERENCIA DE FRECUENCIA. SIN EMBARGO, LA COMPONENTE DIFERENCIA...