Si el PLL es
enganchado a una señal de frecuencia modulada (FM), el VCO rastrea la
frecuencia instantánea de la señal de entrada.
La tensión de error filtrada, que fuerza al VCO a mantener enganche con la
señal de entrada, luego se convierte en la salida de FM demodulada. La linealidad de esta señal demodulada
depende solamente de la linealidad de la característica de transferencia
tensión de control a frecuencia del VCO.
Los multivibradores RC son utilizados en las aplicaciones del PLL como
demodulador de FM porque tienen un intervalo de control mucho más grande que
los osciladores de cristal, pero su estabilidad frente a los posibles cambios
producidos por el paso del tiempo y por la temperatura no es muy buena.
Debe
notarse que, dado que el PLL está enganchado durante el proceso de demodulación
de FM, la respuesta es lineal y puede ser prevista fácilmente a partir de un
planteo de lugar geométrico de las raíces.
Las
aplicaciones de demodulación de FM son numerosas; sin embargo, algunas de las
más populares son:
Detección de FM Difundida (o
Transmitida)
Aquí,
el PLL puede ser usado como un detector completo de franja FI, FM y como
limitador para detectar, ya sean señales de FM de banda ancha o de banda
angosta, con mayor linealidad de la que puede obtenerse por otros medios. Para frecuencias dentro del rango del VCO,
el PLL funciona como un receptor contenido en sí mismo, dado que combina las
funciones de selectividad de frecuencia y demodulación. Un uso crecientemente
popular del PLL es en receptores de exploración (scanning-receivers) donde se
puede monitorear secuencialmente un número de canales, transmitidos mediante
la simple variación de la frecuencia de operación libre del VCO.
Esta
aplicación involucra la demodulación de una subportadora de frecuencia
modulada del canal principal. Un ejemplo popular aquí es el uso del PLL para
recuperar la señal SCA (hilo musical, por ejemplo) de la señal combinada de
muchas estaciones de radiodifusión de FM comerciales. La señal SCA puede ser una subportadora
modulada de 67kHz, que la pone por encima del espectro de frecuencias del
material normal estéreo o monoaural de los programas de FM. Conectando el
circuito, que vemos en la figura 8, a un punto entre el discriminador de FM y
el filtro desenfatizador de un receptor de FM de banda comercial (casera) y
sintonizando el receptor a una estación que difunde música SCA, uno puede
obtener horas de música ambiental libre de anuncios comerciales.
Figura 8. Detector de señal SCA.
Codificación
por Cambio de Frecuencia (FSK)
Esto
se refiere a lo que es esencialmente modulación digital de frecuencia. FSK es un medio para transmitir información
digital mediante una portadora que es desplazada entre dos frecuencias
discretas. En este caso, las dos
frecuencias discretas corresponden a un “1” digital y un “0” digital, respectivamente
(ver figura a). Cuando el PLL está enganchado a una señal FSK, la salida demodulada
(tensión de error) se desplaza entre dos niveles discretos de tensión, que
corresponden a la salida binaria demodulada. Las técnicas de FSK a menudo son
usadas en módems (moduladores - demoduladores), destinados a transmitir datos
por las líneas telefónicas.
Figura a. En la parte superior se muestra a la señal binaria modulada en FSK. En la parte inferior se muestra a la salida del PLL en una aplicación de detección de señal binaria a partir de la modulación FSK.
La
Multiplicación de Frecuencia se puede lograr con el PLL de dos maneras:
a) Mediante el enganche a un armónico de la señal de
entrada.
b) Inserción de un contador (divisor digital de
frecuencia) en el lazo.
El
enganche a un armónico es muy sencillo y puede, usualmente, lograrse fijando
la frecuencia de operación libre del VCO a un múltiplo de la frecuencia de
entrada y permitiendo que el PLL se enganche.
Una limitación de este método, sin embargo, es que el rango del enganche
disminuye a medida que se usan, para el enganche, armónicos sucesivamente más
altos y más débiles.
Esto
limita el rango práctico de enganche con armónicos a múltiplos de,
aproximadamente, diez. Para múltiplos
más grandes, el segundo método es más deseable.
En
la figura 9 se muestra un diagrama en bloques del segundo método. Aquí, el lazo se rompe entre el VCO y el
comparador de fase y se inserta un contador.
En este caso, el tono fundamental de la frecuencia dividida del VCO es
enganchado a la frecuencia de entrada, de modo que el VCO está realmente
funcionando a un múltiplo de la frecuencia de entrada. La cantidad de multiplicación es
determinada por el contador. Una aplicación práctica evidente, de esta
propiedad de multiplicación, es el uso del PLL en sintetizadores de frecuencia
de amplio rango.
En
aplicaciones de multiplicación de frecuencia, es importante tomar en cuenta que
el comparador de fase es realmente un mezclador y que su salida contiene
componentes de suma y diferencia de frecuencia. El componente de diferencia de
frecuencia es DC y es la tensión de error, que acciona el VCO para mantener el
PLL enganchado.
Las
componentes de suma de frecuencia (de los cuales el fundamental es el doble de
la frecuencia de la señal de entrada) si no son bien filtrados, inducirán una
señal de FM incidental sobre la salida del VCO. Esto ocurre debido a que el
VCO está funcionando a muchas veces la frecuencia de la señal de entrada y la
componente de suma de frecuencia, que aparece en la tensión de control al
VCO, causa una variación periódica de su frecuencia alrededor del múltiplo
deseado. Para multiplicación de frecuencia, generalmente es necesario
filtrar muy fuertemente para eliminar este componente de suma de frecuencia.
El
resultado, por supuesto, es un rango de captura reducido y una respuesta más
subamortiguada de transitorios del lazo.
Para
el caso de división de la frecuencia, se podrían usar tanto enganche de armónica
como conteo de frecuencia para generar, por ejemplo, una frecuencia
exactamente 16/3 de la de entrada.
Figura 10. Multiplicador de frecuencia hecho un con PLL
modificado.
En
este caso, se podría usar el circuito de la figura 10 con la frecuencia
inicial del VCO fijada en, aproximadamente, 16/3 de la frecuencia de entrada
esperada. El contador, luego, divide
la frecuencia VCO por 16, y la entrada es enganchada al tercer armónico de la
salida del contador.
Ahora
la salida puede ser tomada como la salida del VCO y será exactamente 16/3 de la
frecuencia de entrada, mientras el lazo esté enganchado.
Figura 11. PLL modificado para traslación de
frecuencia.
Se
puede lograr una traslación de la frecuencia añadiendo un mezclador y etapa de
filtro pasa bajas al PLL básico, como se muestra en la figura 11. Con este sistema el PLL puede ser usado para
traducir la frecuencia de un oscilador de referencia altamente estable, pero
de frecuencia fija por una pequeña cantidad en frecuencia.
En
este caso, la entrada de referencia fr y la salida del VCO fo son aplicados a
las entradas de la etapa mezcladora.
La salida del mezclador está formada por las componentes de la suma y
la diferencia de fr y fo. La
componente de suma es filtrada por el primer filtro pasa bajas. La frecuencia compensatoria (de offset) f1
es aplicada al comparador de fase junto con la componente fr - fo de la salida
del mezclador. Cuando el sistema está
enganchado, las dos entradas del comparador de fase están en idéntica
frecuencia, o sea:
[DIAGRAMAS DEL LUGAR DE LA RAÍZ][CIRCUITO OSCILANTE][FILTROS
ACTIVOS]
[PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO DEL PLL][PLL DEMODULADOR DE FM]
