¿Qué es (bucle de bloqueo de fase) PLL ?, Lock Range & Capture Range?

Hay mucho por ahí en la descripción básica de un bucle de bloqueo de fase (PLL). Básicamente, un PLL es un comparador de fase que produce una señal de realimentación para ajustar un oscilador independiente para que coincida exactamente con la frecuencia de alguna señal entrante. La salida del oscilador es una copia producida localmente de la señal entrante. Eso por sí solo puede no parecer útil, pero aquí hay algunas cosas que se pueden hacer con esto:

1. Un poco de filtrado de paso bajo de la señal de control del oscilador puede hacer que la señal local sea una versión "limpia" de la señal entrante.

2. Es una forma de hacer una versión de baja impedancia de un reloj entrante sin sesgo de reloj. Esto es útil para la distribución de relojes de alta velocidad. Si tomas la señal del reloj débil entrante y la pasas por algunas puertas para limpiarla y distribuirla, obtendrás un retraso en esas puertas, por lo tanto, el sesgo del reloj.

3. Puede colocar un divisor de frecuencia entre el oscilador y el comparador de fase. El PLL se convierte en un multiplicador de frecuencia, ya que el oscilador debe estar ejecutándose en el valor de división por la frecuencia de entrada.

4. La señal de entrada de ajuste de frecuencia del oscilador puede ser útil. Esta es una forma de hacer la demodulación de FM, por ejemplo.

El rango de captura y el rango de bloqueo se refieren a qué tan cerca debe estar la frecuencia del oscilador local para bloquear la señal entrante. Dado que el comparador de fase atraviesa todo su rango de salida en solo 1 ciclo de desajuste entre la señal entrante y el oscilador local, su salida se convierte en un efecto incomprensible cuando la diferencia de frecuencia es alta. Va y viene tan rápido que el oscilador local no tiene tiempo suficiente para ajustarse.

El rango de captura es el rango de frecuencia de la señal entrante en el cual el comparador de fase y el oscilador pueden reaccionar lo suficientemente rápido como para que el bloqueo de fase se logre antes de que el comparador de fase pase por otro ciclo. Esto es básicamente lo que debe ser la frecuencia de entrada para un arranque en frío.

El rango de seguimiento es el rango de frecuencias de entrada a través del cual el oscilador puede permanecer bloqueado una vez que se logró el bloqueo. Este es un rango más amplio que el rango de captura ya que el comparador ya está bloqueado, por lo que las variaciones de frecuencia entrantes se tratan de manera incremental.

Un PLL típico tendrá un circuito oscilador que puede emitir un cierto rango de frecuencias en respuesta a un voltaje de control, junto con un circuito que tratará de controlar el voltaje de control del oscilador para que su salida coincida con una referencia . Si bien los comportamientos de PLL pueden ser muy complejos, a veces es útil resumir su comportamiento con algunos valores:

• Un rango de frecuencias en el que se garantiza que el oscilador siempre estará dentro, independientemente de lo que haga la entrada de referencia del PLL . Conocer este rango puede ser importante si el PLL está controlando un dispositivo (como la entrada de reloj de un procesador) cuya frecuencia nunca debe salir de un cierto rango, ya sea que el PLL esté bloqueado o no.

• Un "rango de captura" de posibles frecuencias de referencia de modo que si la referencia permanece estable a una frecuencia particular durante un período de tiempo particular, hay una probabilidad extremadamente alta de que el PLL se bloquee dentro una cierta tolerancia. Tenga en cuenta que - efectos cuánticos-mecánicos aparte, es imposible diseñar un PLL que no deje de bloquearse alguna combinación exacta de estímulos incluso dentro del rango de captura.

• Un rango de "seguimiento" de frecuencias de referencia dentro del cual la referencia puede "lentamente" (en relación con la frecuencia de PLL) a la deriva sin causar que el PLL pierda un bloqueo establecido.

Tenga en cuenta que en algunos casos puede ser útil tener una garantía de que un PLL se saldrá de bloqueo si la referencia supera un cierto rango; cuando se trata de recibir una señal de FM en una banda saturada, por ejemplo, si una señal débil del canal de interés alcanza el punto bajo de su modulación, al igual que una señal fuerte del canal inferior alcanza el punto alto, las frecuencias pueden estar lo suficientemente cerca que el PLL podría bloquearse erróneamente en la señal más fuerte. Sería útil garantizar que si eso sucede, el PLL se saldrá de bloqueo cuando la frecuencia de esa fuerte señal baje nuevamente (lo que le dará al PLL la oportunidad de conectarse a la frecuencia correcta).