Phase Locked Loop (PLL)

Introducción al PLL

Un PLL es un circuito integrado monolítico, generalmente analógico. El PLL está diseñado para enlazarse (engancharse o “igualarse”) con una señal de entrada y mantener una sincronización entre ambas señales, a pesar las perturbaciones o ruido existentes en la entrada.

Los componentes básicos de un circuito integrado PLL los conforman principalmente un Detector de Fase, un Filtro Pasa-Bajas, y un Oscilador Controlado por Voltaje (VCO). En ocasiones, dependiendo del fabricante, se coloca un amplificador de voltaje en la salida del Filtro Pasa – Bajas y esta se toma como la salida del sistema. En el diagrama siguiente se puede observar los componentes y su interconexión de un circuito integrado PLL.

Algunas de las aplicaciones del PLL son:

Sintetizadores de frecuencia (divisores de frecuencia).
Redes demoduladoras para operación en frecuencia modulada.
Demodulación de las dos frecuencias de transmisión de datos utilizados en la operación de manipulación por desplazamiento de frecuencia (FSK).
Como parte de módems, receptores y transmisores, decodificadores, telemetría, decodificadores de tonos, detectores de AM, entre otros.

Operación de un PLL

Detector de Fase

La etapa de entrada, es decir, el Detector de Fase, se encarga de realizar la comparación entre dos señales distintas, una es proveniente de la entrada al sistema y la otra es la proveniente del VCO. Cuando la frecuencia f_i, que es la proveniente de la entrada, difiere con respecto a la proveniente del VCO, f_o, el ángulo de fase también será diferente. Por lo tanto, la salida del Detector de Fase será proporcional a la diferencia entre las frecuencias y fases de las dos entradas. El Detector de Fase, entonces, entregará dos señales, una que es la suma de las entradas (componente suma) y otra que será la resta de ambas señales de entrada (componente resta), como se muestra en el diagrama.

Filtro Pasa – Bajas

Como su nombre lo indica, este componente se encarga de eliminar la frecuencia suma proveniente del Detector de Fase. El voltaje del Filtro Pasa – Bajas se puede expresar como sigue:

Donde el factor de la función coseno se le conoce como error de fase.

Oscilador Controlado por Voltaje

El Oscilador Controlado por Voltaje se encarga de generar una frecuencia que es proporcional a la entrada de este componente. Dicha entrada, es la entregada por el Filtro Pasa – Bajas.

Se hace notar que si la fase es cero, es decir, la f_i = f_o, entonces el voltaje de error es cero. Este error cero, ha de indicar que tanto la frecuencia de entrada como la entregada por el VCO están enlazadas o enganchada.

Intervalo de Captura

Si suponemos que fi != fo (la frecuencia de entrada es diferente a la de salida), la fase de error entonces es diferente de cero. Se requieren, entonces, dos condiciones básicas para que un PLL se enlace o se enganche.

Que la diferencia entre las frecuencias de entrada sean lo suficientemente bajas para que el Filtro Pasa – Bajas pueda realizar el filtrado.
Que la desviación máxima en la entrada del VCO sea lo suficientemente aceptable para permitir que la frecuencia de salida se pueda incrementar o reducir.

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