Lazo Enganchado En Fase

Compilado, anexado y redactado por el Ing.Daniel Rabinovich/Ing. Oscar Santa Cruz - 2010

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 años 60, con laaparición de los circuitos integrados que se los comenzó a usar profusamente.

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

d=S -O VO, fO, VO



El VCO (Voltage Controlled Oscilator) oscila libremente a una frecuencia, determinada poruna 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 alta frecuencia tal comofS+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 frecuencias hasta que se fo igualen.
ff

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

Una vez que se sincronizan VO y VS, esto es fO=fS, el detector de fase entregauna 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 d para producir la tensión Ve antedicha.

Vd Ve d

Demostración de que el comparador de fase se

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comporta como un mezclador cuando se excede su rango lineal
Ve d=S -O Rango lineal -3/2 - -/2  3/2 /2 Ve d

Comparador de fase ideal

Comparador de fase real

Sea V0  cos(ω0 t   0 ) y VS  cos(ωS t  S ) si ωs  ω0  Δω  ωs t  ω0 t  Δωt entonces se puede expresar que VS  cos(ω0 t  Δωt  ΘS )  cos(ω0 t  θS ) θ d  θS - θ 0  Δωt  S - 0 si forzamos S  0 0 θ d  Δωt que crece monótona con el tiempo
Ve 2 d Ve t

d

T

T Vd=t

ΔωT  2π 2π Δω  T Δω  ω S  ω 0  fS  f0  1 T 2π 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 deenganchar. En esta 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 d.

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 Cuando un lazoestá enganchado por cada ciclo de la 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 convenientedefinir los rangos de funcionamiento 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...