El PLL. Phase Locked Loop.

Es un circuito, que permite una señal de referencia externa para controlar la frecuencia y la fase de un circuito o bucle. La frecuencia del oscilador del bucle puede ser la misma que la referencia o un múltiplo de ella. Si la señal de referencia proviene de un oscilador de cristal, pueden enviarse otras frecuencias que tengan la misma estabilidad que la de el cristal; esta es la fase del sintetizador de frecuencia.

Es de mención, que si la señal de referencia es de frecuencia variable (como una onda modulada en frecuencia) la frecuencia del oscilador de bucle “rastreará” a la entrada, es decir, se adaptará a la frecuencia de la entrada; este principio se usa en los demoduladores de FM y FSK, en los filtros de rastreo y en la instrumentación de radiofrecuencia.

Si hablamos de su arquitectura básica, debemos decir que comienza, con una frecuencia estable de referencia, que por lo general es una frecuencia externa generada por un cristal estable o un circuito oscilador, la frecuencia a la salida de este “cristal”, es dividida por un factor R. Esta frecuencia dividida es denominada frecuencia de comparación y es una de las entradas del detector de fase.

Las salidas del detector de fase-frecuencia son un valor de DC promediado, proporcional al error de fase existente entre Fcomp y la frecuencia de salida del PLL dividida por otro factor N. El detector de fase, es un dispositivo que convierte una diferencia de fases en un voltaje a su salida. Dependiendo de la tecnología, este voltaje puede ser aplicado directamente a filtro del bucle, o convertido en corriente por una bomba de carga.

Es posible que este sea el componente más complejo de entender del sistema PLL, Debemos saber para mejor comprensión, que la fase, es integral de la frecuencia, esto da alguna indicación sobre el error de frecuencia. Observando la figura, queda mas claro que la salida es modelada como una fase y no como una frecuencia.

Si uno toma el valor medio DC que nos encontramos a la salida del detector y se multiplica por la impedancia del filtro del bucle, Z (s), entonces la tensión de entrada al VCO. El filtro Z(s) suele ser en su forma mas simplificada un amplificador, en otros casos, lo común es que aparezca como un filtro paso-bajo.

El VCO es un básicamente un convertidor de tensión a frecuencia y tiene una constante de proporcionalidad Kvco.La ganancia del VCO se divide entre s. La razón de ello es que la fase es la integral de la frecuencia, como mencionamos antes. Si la frecuencia de salida se solicita, entonces sólo es necesario multiplicar la función de transferencia por un factor de s, que corresponde a la diferenciación.

Esta sintonización ajusta la tensión a la fase de salida del VCO, de tal modo que esta fase, al dividirse por N, es igual a la fase de la frecuencia de comparación. Lo que da lugar a la siguiente expresión:

Siendo Fout la frecuencia de salida del PLL, XTAL la frecuencia del oscilador o cristal, antes de dividirse, y N y R los valores divisores de estas.

Esto se aplica cuando el PLL se halla en estado de bloqueo, no mientras el PLL este adquiriendo nuevas frecuencias. Es de notar que en la mayoría de las aplicaciones R suele ser un valor fijo, y N un entero, por tanto la frecuencia de salida, gracias a los valores variables de N, es un múltiplo de la frecuencia de comparación.

Realmente N no está limitado a un número entero, por tanto la comparación de frecuencias se puede elegir para ser más grande que el espaciamiento del canal. Por lo general se procura tener una comparación de frecuencias lo mas grande posible, para un rendimiento mas óptimo.

Tras esta pequeña explicación es hora de mencionar que no siempre dispondremos de PLLs con todos estos elementos, como observamos en la figura siguiente:

Lo mas normal es encontrarse fuera del bucle, al oscilador que nos generará la frecuencia de referencia, y en muchas ocasiones no dispondremos de un circuito VCO, esto último es tan beneficioso como engorroso, el no tener VCO nos permitiría crear uno a medida con la constante Kvco que necesitásemos en el momento, sin embargo a estas alturas estos cuando vienen integrados ya no solo nos ahorraran esfuerzos sino que suelen estar preparados para barrer un importante ancho de banda.