PRÁCTICA 3 LAZO DE ENGANCHE EN FASE (PLL) Y SINTETIZADOR DE FRECUENCIAS. ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboratorio

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1 PRÁCTICA 3 LAZO DE ENGANCHE EN FASE (PLL) Y SINTETIZADOR DE FRECUENCIAS ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio 1

2 CONOCIMIENTOS PREVIOS: Fundameno de modulación FM Erucura y fundameno de un lazo enganchado en fae (PLL) Erucura de un ineizador de frecuencia baado en PLL Erucura de un demodulador FM baado en PLL OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA: Caracerización elécrica de lo componene del PLL (deecor de fae y VCO) Medida modulador FM Medida de parámero caraceríico del PLL (F. Tranferencia, margen eguimieno,..) Sínei de frecuencia Viualización de efeco no ideale ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 2

3 Aparado 1 Medida de frecuencia (frecuencímero) Siempre en EXT ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 3

4 Inerrupor LC/XTAL : XTAL : Ocilador de frecuencia muy eable (No FM) LC : Ocilador conrolado por enión (VCO). MODULACIÓN FM Placa OSCILADOR de referencia (10.8 MHz) Inerrupor INT/EXT : INT : La enión de conrol (DC) del VCO deerminada por el poenciómero FREC EXT : La enión de conrol (DC/AC) del VCO deerminada por la enrada EXT Moduladora Inerrupore en poicione LC y EXT Señal modulada (FM) ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 4

5 Aparado 2 VCO: Curva caraceríica CH1: Acoplo en coninua SOLO DC Frecuencia 1 K F Tenión K F ( f/ V) e mide en pequeña eñal (DC) ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 5

6 MODULACIÓN FM: Moduladora inuoidal x() f D [ ωc + K F 2π Am co( ωm) d] = Ac co ωc + en( ωm) = Ac co[ ωc + β en( ωm )] y = Ac co fm β = f f = K x D F MAX = m f m K F f A m m f i() - f c = f d ()= K F x() Epecro eñal FM n=- y()= Ac J n( β ) co( ω c + n ω m ) ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 6

7 MODULADOR FM Aparado 3 FUNCTION GENERATOR GF-1000B PROMAX k 10k 100k 1M OFFS E T AMP LITUD Tekr onix TDS220 Digial Ocillocope ALM /REC M EDIDAS ADQUISICION AUTOCONF UTILIDADES CURSORES IMP PANTALLA COPIA ACT./PARAR VERTICAL HORIZONTAL DISPARO POSICION POSICION POSICION NIVEL M ATEM CH1 M ENU CH2 HORIZONTAL MENU MENU MENU M ENU NIVEL 50% VOLTS/DIV VOLTS/DIV SEG/DIV FORZ. DISPARO VER DISPARO CH1 CH2 EXT. HE W LETT ESA-L1500A P A C KAR D SPECTRUM ANALYZER CONTROL FRE Q SPAN AMPL SYSTEM TTL OUTPUT β = f f D m = K F f x m max f f = β D f m D = K F x max SOLO AC OSCILADOR REFERENCIA LC XTAL INT EXT FREC MED CON INPUT EXT 100 MED CON B 2( β +1) f m B 2 f D ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 7

8 V V Señal de enrada (referencia): Deecor de fae Aco θ [ ] i c c = K [ θ θ ] d i = θ K ESTRUCTURA DEL PLL d e Filro de lazo dθ ω = = [ ] Kv Vv V + ω co i d 1 dθ V V v = i K ω + v d VCO co Señal de alida: Bco θ [ ] En iuación de enganche: La frecuencia inanánea de la alida e igual a la de la enrada: dθ d dθ = i θ θ i d = ce + ω ω i V co V v ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 8

9 LA ENTRADA ES UN TONO: SITUACIÓN DE ENGANCHE DC θ Aco θ = θ ce + i [ ] i V v V = F( 0 ) V c = F 0 K θ d e Deecor de fae θ = θe c K d V c = ωi θe 1 dθ e F( 0) K d V v = + i V = co V K ω d v co F Filro de lazo V v θ = V co VCO V c V co /F(0) ω ω i V co /F(0)K d V co V v [ θ ] Bco θ i e θ e ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 9

10 Vp ( ) RESPUESTA A PERTURBACIONES: RECUPERACIÓN DEL ENGANCHE A p Vv ( ) θ e V co A p V K co d A p K d V c V co ω = ω i ω Vc ( ) V co /K d θ e K v A p V co A p ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 10

11 POR QUÉ SE MANTIENE EL ENGANCHE? El enganche del PLL e maniene porque e una iuación eable. Concepualmene: ω θ e V v ω ω i θ e V v ω Para un ono de enrada, el PLL no e capaz de enganchare cuando el VCO no e capaz de ocilar a la frecuencia de la eñal de referencia: a) Por el margen de frecuencia del VCO b) Por el margen de enione a la enrada del VCO ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 11

12 DETECTORES DE FASE ANALÓGICOS: muliplicador DIGITALES: XOR, fae-frecuencia, bieable V c MULTIPLICADOR Gran margen de frecuencia (KHz-GHz) Curva caraceríica no lineal (margen lineal ±π/6) K d pequeña Ruido pequeño Aco θ [ ] i Bco θ K d [ ] co Margen lineal [ θ ] [ θ + θ ] e + K co d i π/3 θ e Frecuencia doble! Filro! ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 12

13 DETECTORES DE FASE XOR Margen de frecuencia digial (0-MHz) Curva caraceríica lineal (±π/2) K d grande Ruido de conmuación Mejor comporamieno para eñale digiale V c π θ e Referencia VCO Frecuencia doble! Filro! XOR El valor medio e proporcional al defae ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 13

14 DETECTORES DE FASE Fae-frecuencia Margen de frecuencia digial (0-MHz) K d medio Ruido de conmuación Mejor comporamieno para eñale digiale Baado en bieable Aumena el margen de fae (±2π) Epurio de frecuencia IGUAL a la de comparación!! Polaridad: la do enrada no on inercambiable (ólo pendiene poiiva) También funciona como deecor de frecuencia V c 4π θ e ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 14

15 Aparado 4 DETECTORES DE FASE: CARACTERIZACIÓN Señal de referencia (ono) Al ocilocopio (acoplo en CC) Mando de conrol de defae ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 15

16 ESTUDIO DEL PLL EN ALTERNA θ io () + + θ e () K d V c () F() V v () K v Δω () - 1/ θ o () K = K G d K v Ganancia en lazo abiero: θ = o = θ e K F Función de ranferencia, o ganancia en lazo cerrado: F =1 H = H(jω) B 3dB = K K + K ω H θ = θ o io G = 1+ G = K F + K F ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 16

17 FILTRO DE LAZO Permie conrolar la función de ranferencia del PLL Filra la eñal de frecuencia 2f i (ó f i ) generada por el deecor de fae V c () V c () Lead-lag paivo Lead-lag acivo + V v () V v () H() pao bajo de orden 2 Caída de 20 db/década F(0) = 1 θ e varía con la frecuencia Margen de eguimieno limiado por deecor de fae v v Vc ω = K F 0 ( 0) V = c F K θ d e V = F 0 θ = Kd Kv H() pao bajo de orden 2 Caída de 20 db/década F(0) = θ e no depende de la frecuencia Margen de eguimieno limiado por VCO o auración del amplificador e F 0 ω ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 17

18 PLACA FILTROS DE LAZO Salida V v () Al VCO Al ocilocopio Enrada E3 Muliplicador Filro paivo Enrada E2 XOR Enrada E1 Fae-frecuencia Filro acivo Inerrupor MUL/F-FREC OR ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 18

19 Medida del margen de eguimieno: ( LC e INT ) Variar f i con el poenciómero LC Comprobar el enganche Al ocilocopio Al AE Aparado 5 ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 19

20 CARACTERIZACIÓN DEL PLL: demodulador FM Se uiliza la alida de un VCO (eñal FM) como eñal de enrada: V m () K F Δf i () 1/ θ io () + + θ e () V c () K d F() - V v () K v Δf () 1/ θ o () H = θ θ f f K K V V o = = v v Vv ce io i F m = V v () e proporcional a la eñal moduladora V m () filrada con la función de ranferencia del PLL Si la eñal moduladora e un ono, V m ()=co(2πf m ), enonce V v () e un ono de frecuencia f m, y ampliud proporcional a H(jω m ) El PLL debe er capaz de enganchare a odo el margen de variación de Δf i () (la frecuencia inanánea de la eñal FM) conrolado con la ampliud de V m () H V m ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 20

21 Aparado 5.2 DEMODULADOR DE FM. Comprobar el enganche Al ocilocopio Siempre en EXT Medida de la ganancia en lazo cerrado EXT Señal V m () del generador de funcione Señal V v () al ocilocopio ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 21

22 SINTETIZADOR DE FRECUENCIAS BASADO EN PLL MHz Aco θ 1/100 Aco θ [ ] i [ ] i Deecor Filro de de fae lazo [ θ ] Bco θ i DC KHz e 1/N p [ θ ] Bco θ Señal de alida VCO i e Divior de frecuencia programable Señal de alida 1/N p f =N p f i Mínimo alo en frecuencia: ΔN p f i H B G B = 3dB 1 + G N p f i = f /N p 3dB N p ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 22

23 SINTETIZADOR DE FRECUENCIAS: MONTAJE Divior fijo (1/100) Comprobar el enganche Salida del ineizador Divior programable ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 23

24 CONFIGURACIONES DEL PLL DEMODULADOR DE FRECUENCIA: Señal de referencia: La eñal modulada (FM) Salida del VCO: La eñal modulada Señal demodulada: A la enrada del VCO MODULADOR DE FASE: Señal de referencia: La poradora Señal moduladora: A la enrada del filro de lazo (adiiva) Señal modulada: A la alida del VCO DEMODULADOR DE FASE: Señal de referencia: La eñal modulada (PM) Salida del VCO: La poradora (ancho de banda muy pequeño) Señal demodulada: A la alida del deecor de fae (filrar pao bajo) ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES (ECOM). Laboraorio ECOM-P3 24