1. Educación

El PLL ¿cómo funciona?
Escrito por Francisco González
Lunes, 28 de Septiembre de 2009 03:44 - Actualizado Lunes, 05 de Octubre de 2009 15:41
Se le conoce como el corazón del radio, y se piensa en él para abrir los equipos, para que
reciban o transmitan en frecuencias fuera de rango o intermedias.
Inicio diciendo que se inventaron en los 60´s, se trata de un circuito en el que se realimenta una
muestra de la frecuencia de la señal de salida para corregirla y mantenerla estable.
El diagrama de bloques se muestra en la figura 1. El VCO (Oscilador Controlado por Tensión)
es un oscilador cuya frecuencia de salida varía dependiendo de la tensión de control que se le
aplique.
Así por ejemplo, el VCO puede entregar una señal de 148 MHz si la tensión de control es de
12 voltios y 144 MHz si es de 4 voltios.
La salida del VCO se aplica a un divisor de frecuencia, que en este caso denominamos
DIVISOR NT, que entrega a su salida la frecuencia del VCO dividida por el número NT.
Por ejemplo si el número NT es 14637, y si la señal del VCO es de 146,370 MHz, entonces a la
salida del DIVISOR NT tendríamos una señal de frecuencia :
F de salida del DIVISOR NT = 146,370
MHZ/14637 = 10 KHz
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Fig. 1 Diagrama en bloques del PLL
La salida del DIVISOR NT se aplica a un comparador de fase, al que también llega la señal de
un oscilador controlado por un cristal, el XTAL OSC.
Antes de ser aplicada al COMPARADOR DE FASE, la señal del oscilador de cristal es dividida
por un divisor que denominamos DIVISOR RA. A esta señal dividida le conocemos como
frecuencia de referencia o F REF.
Así por ejemplo, si el oscilador controlado por cristal es de 10.240 MHZ y el DIVISOR PA se
programa mediante Dip switches para que divida por 1024, la frecuencia aplicada al
Comparador de fase, o frecuencia de referencia es de:
Frecuencia de referencia = 10.24 MHz / 1024 = 10 KHz
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Nótense entonces que la señal de referencia aplicada al comparador de fase es de 10KHz,
igual que la señal del VCO, una vez dividida por el DIVISOR NT. Es decir que al comparador
de fase entran dos señales de 10KHz. El comparador de fase es un dispositivo que entrega una tensión DC (en voltios) que es
proporcional a la diferencia en frecuencia o fase de las dos señales que entran a él. A esta
tensión se le conoce como TENSION DE CONTROL, una vez filtrada y se emplea para
determinar la frecuencia del VCO.
La tensión de control, es por ejemplo, 6 voltios cuando la frecuencia de referencia es igual a la
frecuencia dividida por NT del VCO. Si el VCO varía su frecuencia porque se calienta algún
componente en él, entonces puede ocurrir dos cosas, que la frecuencia del VCO, una vez
dividida por NT, se incremente o se decremente respecto de la frecuencia de referencia.
Si la frecuencia del VCO se incrementa, entonces, una vez dividida por NT sería mayor que la
frecuencia de referencia. En el ejemplo que hemos venido citando, si la freceuencia del VCO se
incrementa a 146.380 MHz, entonces la frecuencia dividida por NT sería de:
Frecuencia dividida por NT = 146.380 MHz / 14637 = 10.0006832 KHz
Como la frecuencia dividida del VCO es mayor que la frecuencia de referencia, entonces la
tensión de control del VCO,una vez filtrada, disminuye, así la frecuencia del VCO baja.Lo
contrario ocurre si la frecuencia del VCO disminuyera, respecto de la frecuencia de referencia.
El ciclo se repite infinitamente, gracias a la realimentación, hasta que la frecuencia dividida del
VCO sea exáctamente igual a la frecuencia de referencia.
Esta es la metodología que emplea el PLL para mantener estable la frecuencia del VCO.
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Resumiendo esta etapa, diría que:
El
COMPARADOR DE FASE compara la frecuencia de referencia Fref, con la frecuencia
DIVISOR NT y produce una tensión de control que gobierna el VCO.
del
Si
la frecuencia del DIVISOR NT es mayor que la frecuencia del cristal dividida
por el DIVISOR
RA, el comparador de fase baja la tensión de control
para bajar la frecuencia del VCO.
Si
la frecuencia del DIVISOR NT es menor que la frecuencia del cristal dividida
por el DIVISOR
RA, el comparador de fase sube la tensión de control
para subir la frecuencia del VCO.
El
sistema se estabiliza cuando la frecuencia del DIVISOR NT es igual a la frecuencia
dividida por el DIVISOR RA. En ese momento decimos que el PLL está enganchado.
del cristal
Nótese que siempre el PLL, a través del COMPARADOR DE FASE, va a tender a modificar la
frecuencia del VCO de forma tal que la frecuencia de salida de éste, una vez dividdia por el
dividor NT, se igual a la frecuencia de referencia.
Puede
decirse entonces que la frecuencia del VCO es igual a :
Frecuencia
del VCO = Frecuencia de referencia *
NT
Por ejemplo: si la frecuencia de referencia de nuestro ejemplo es de 10 KHz y el vidisor NT es
de 14637, entonces la frecuencia del VCO es de:
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Frecuencia del VCO = 10 KHz * 14637 = 146.370 MHz
Esto quiere decir que la frecuencia del VCO la podemos controlar nosotros mediante el divisor
NT.
Se
puede reescribir la ecuación para determinar qué valor de NT se requiere,
determinada frecuencia del VCO, de la forma siguiente:
DIVISOR
para una
NT = ( Frecuencia del VCO ) / ( frecuencia de referencia )
Por
ejemplo si se desea operar el transmisor en 14.150 MHz, y se trabaja con un
cristal de 10.240
MHz y el DIVISOR RA está programado en 1024, entonces
se debe programar en el divisor NT el
número :
DIVISOR
NT = ( Frecuencia del VCO ) / ( frecuencia del Cristal dividida por el DIVISOR
RA )
DIVISOR
NT = ( 14.150 MHz ) / ( 10.240 MHz / 1024 )
DIVISOR
NT =1415
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Si se desea ahora que la frecuencia del VCO sea de 7.200 MHz, entonces
DIVISOR
NT = ( 7.200 MHz ) / ( 10.240 MHz / 1024 )
DIVISOR
NT =720
EL número del divisor NT puede variarse ya sea por medio de una perilla en el panel frontal del
radio, que cambia una serie de unos y ceros que se aplican al circuito integrado del PLL, como
en los equipos de 11 metros tradicionales, conocidos como pastillas, o mediante un procesador
que introduce en el PLL en forma serial la información de cuál debe ser el divisor NT que
emplee.
Para aclarar la anterior explicación veamos otro ejemplo. El PLL02 o MC14509 se popularizo
hace algunos años en los equipos de CB, la figura 2 muestra su diagrama en bloques.
Fig.2. MC14509 (PLL02)
La figura 3 muestra el diagrama en bloques del transmisor/receptor.
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