Oscilador PLL para FM: funcionamiento y programación

Todos conocemos las ventajas de un oscilador sintetizado por lazo de enganche de fase PLL, si lo comparamos con un oscilador LC sencillo. Las pequeñas variaciones de temperatura, humedad, etc., nos desplazan la frecuencia hacia un lado u otro y no nos brindan una estabilidad confiable a la hora de construir un equipo transmisor o un oscilador local para un receptor, este inconveniente se agrava a medida que aumentamos la frecuencia de trabajo, por ejemplo la banda comercial de emisoras de FM (88 a 108 Mhz), sobre todo nos dificulta las correcta sintonía de las emisoras el uso de receptores digitales ya que estos generalmente poseen pasos de sintonía cada 100 Khz de banda impar (88.1Mhz, 101.7 Mhz, etc).

La ventaja de un sintetizador de frecuencia, respecto al oscilador LC es mucha, ya que nos permite tener una certeza de la frecuencia que vamos a utilizar y además obtener una estabilidad similar a la de un oscilador controlado a cristal de cuarzo de una frecuencia mucho menor.

El secreto de un oscilador sintetizado o PLL (Lazo de enganche de fase), es básicamente un oscilador controlado por cristal que gobierna a un oscilador variable, dandole a este la estabilidad del primero.

En la práctica, se utiliza un comparador de fase entre los dos osciladores y la tension de salida del detector de fase se utiliza para corregir los posibles desplazamientos del oscilador variable.

Figura 1

En el ejemplo de la figura 1, esta sintetizado el concepto básico de un PLL, aunque en este caso la frecuencia de salida del OFV va ha ser la misma que el oscilador a cristal; para lograr modificar la frecuencia de salida del OFV, vamos ha necesitar otra etapa, un DIVISOR DE FRECUENCIA.

En el ejemplo de la figura 2, le hemos incorporado un divisor de frecuencia x 10, lo que significa que la salida del OFV va ha ser 10 veces la frecuencia del cristal, ya que la coincidencia en el detector de fase SOLO va ha ser posible si la frecuencia del OFV es 10 veces la frecuencia del cristal. La correccion de algún desplazamiento se realiza automáticamente, por ejemplo, supongamos que el OFV se desplace hacia arriba, el detector de fase va a aumentar la tension de error, esta tension filtrada adecuadamente, actúa sobre un diodo varicap aumentando la capacidad del circuito sintonizado del oscilador lo que va ha traer aparejado una disminución de la frecuencia, lo mismo sucede si el desplazamiento es hacia abajo, en este caso la tension error disminuye, aplica menos tension sobre el varicap por lo tanto la frecuencia aumenta, de esta manera es que se produce un control automatico de la estabilidad de frecuencia.

En el caso que quisiéremos variar a voluntad la frecuencia de salida, tenemos que colocar un divisor programable.

Por ejemplo si colocamos un divisor y lo programanos en 36, la frecuencia de salida, seria la frecuencia del cristal x 36.

Los divisores programables pueden ser programados en forma serial o en paralelo y se lo hace mediante un código binario. Nosotros vamos a estudiar la programación en paralelo ya que es mas sencilla de entender. Si tomamos un programador de 8 bit, tendremos lo siguiente:

Mediante las ocho llavecitas (microswich) que comandan el programador de 8 bit, nosotros podemos dividir entre 1 y 255, es decir que si conectamos las 8 llaves tenemos 1+2+4+8+16+32+64+128=255 es decir que en números binarios tendremos un 11111111.

Si en el programador tenemos por ejemplo 10010001 esto quiere decir que estariamos dividiendo por 1+0+0+0+16+0+0+128=145. tenemos que tener en cuenta cuando escribimos con números binarios que el numero de la izquierda es el mas significativo (mayor) y el de la derecha, el menos significativo (menor).

Existen Integrados que realizan todo el trabajo (osc. Xtal, detector de fase, programador)por ejemplo los de la línea Motorola MC145152, MC145151, el primero se diferencia del segundo por traer la salida de la tensión de error balanceada, personalmente utilizo el segundo debido a su sencillez.

Los microswich de programación generalmente estan marcado on y off , esto significa que si estan en on estan conectando a masa el pin del integrado, esto equivale a 0 y si esta en off equivale a 1.

Hoja técnica MC145152-P2

Este integrado, posee un divisor de 14 bit, lo cual nos permite un gran margen de programación

Los pines de programación son 11-12-13-14-15-16-17-18-19-20- 22-23-24-25 Los pines 26 y 27 corresponden al oscilador de cristal .

Los pines 5-6 y 7 nos permiten dividir la frecuencia del oscilador a cristal El pin 4, es la salida de tensión de error del detector de fase.

El pin 28, es una salida que se pone en 5 volt cuando el pll esta enganchado.

El pin 1 es la entrada del OFV.

Para mas datos, ver la hoja.

Una cosa que debemos tener en cuenta es cual es la máxima frecuencia de trabajo que trabajan estos integrados, si queremos trabajar en la banda de FM, tenemos que agregar una nueva etapa, esta se denomina prescaler. El prescaler no es otra cosa que un divisor de frecuencia que nos permite dividir la frecuencia de salida de tal manera que no sobrepasemos el máximo del MC145152.

Figura 3

La combinación de los pines 5-6 y 7 nos permite variar la división de la frecuencia del cristal, en esta combinación la división es por 1024 ( ver hoja).

Ahora que ya tenemos en claro la idea de cómo funciona un PLL, vamos a programar una frecuencia por ejemplo, 102.3 Mhz.

Si tengo colocado un prescaler que divide por 10, la salida de este seria 10,23 Mhz o sea 10230 Khz esto por un lado, ahora el cristal es de 10240 Khz, según la combinación de los pines 5-6 y 7 la división es 1024 o sea que voy a tener 10 Khz.

El próximo paso es programar el otro divisor para llevar una frecuencia de 10230 Khz a 10 Khz o sea que divido 10230/10 = 1023, este numero es el numero que debo convertir a numero binario para programar los microswich.

1023 = 00001111111111

O sea que si cuento de derecha a izquierda debo poner en off los microswich comenzando por el pin 11 hasta el pin 20 y del pin 22 al 25 en on

Cuando ya lo tengo programado el PLL, se debe retocar el trimmer del OFV hasta que encienda el led que va conectado a la pata 28.

Espero que este articulo sea de utilidad para los amigos del foro.