Lazo de seguimiento de fase

Los lazos de seguimiento de fase, bucles de enganche de fase, o PLL (del inglés phase-locked loop) son dispositivos muy populares en electrónica desde la década de 1960. Se trata de un sistema en el que la frecuencia y la fase son realimentados.

Historia

La primera referencia histórica nos retrotrae al año 1923 y versa sobre la sincronización automática de dos osciladores (E. V. Appleton, Automatic synchronization of triode oscillators, Proc. Cambridge Phil. Soc., 21(Part III):231 (1922-1923)); sin embargo la primera referencia al PLL o lazo enganchado en fase como tal, data del año 1932 y fue realizada por investigadores británicos mientras desarrollaban el receptor de conversión directa u homodino (Henri de Bellescize, "La réception synchrone," L'Onde Électrique (later: Revue de l'Electricité et de l'Electronique), vol. 11, pages 230-240 (June 1932)). Su uso se vio restringido por décadas, debido a su complejidad y costo económico, a los ámbitos militares y de investigación científica hasta que en la década de 1960 pudo integrarse en un solo chip toda la circuitería de un sistema PLL completo, con lo cual su empleo comenzó a hacerse cada vez más masivo; la NASA por ejemplo, los aplicó para compensar las variaciones de frecuencia que sufrían las transmisiones desde sus satélites debido a inestabilidades de los componentes y al efecto Doppler. Una protoforma de PLL se emplea en los televisores para sincronizar el barrido de las líneas horizontales con los pulsos de sincronismo de la estación emisora desde 1943; en los receptores actuales se emplean hasta dos lazos completos enganchados en fase, uno para la sincronía de la generación de la señal del barrido de líneas y otro que engancha en fase y frecuencia a la etapa de salida horizontal.

Análisis

Los circuitos con PLL son analizados de dos formas distintas:

• Análisis lineal, donde se consideran todos los componentes lineales y el PLL está inicialmente enganchado.
• Análisis no lineal.
• Otro tipo de análisis en el cual se tomen en cuenta todos los dispositivos de la forma en que son, ya sean lineales o no.

Márgenes de funcionamiento

Definen las condiciones en las que el PLL estará enganchado, cuanto le costará conseguirlo y en cuales se desenganchará.

Hold in o rango de bloqueo

Se parte del PLL enganchado. Es el margen de frecuencias para las que el PLL puede seguir a la entrada para variaciones muy lentas de ésta.

Pull out

Es el margen de frecuencias para las que ante un salto brusco de la frecuencia de entrada el PLL no se desengancha.

Lock in

Es parte del PLL desenganchado. Es el margen de frecuencias en el que el PLL puede engancharse en menos de un periodo de la frecuencia de la señal de salida.

Pull in o rango de captura

Es el margen de frecuencia para las que el PLL puede, con un tiempo mayor al periodo de la salida, llegar a engancharse.

En la imagen anterior se muestran estos márgenes de frecuencia. Todos se representan alrededor de la frecuencia de oscilación libre del VCO, que es la frecuencia central.

Aplicaciones

• Demodulación de señales en FM y FSK, también se aplican en demodulaciones QPSK (una de las configuraciones es el bucle de costas).
• Filtros de seguimiento.
• Osciladores muy estables.
• Modulación y demodulación de señales en FM.
• Sintetizadores de frecuencia

Véase también

• Oscilador electrónico
• Modulación

Enlaces externos

• Nota de aplicación que trata lo fundamental del PLL (en inglés; PDF)
• Como usar PLL para controlar un motor eléctrico
• Introducción a los lazos de seguimiento de fase