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PLL multibit

Un PLL multibit o PLL multibit es un bucle de enganche de fase (PLL) que logra un rendimiento mejorado en comparación con un PLL unibit al usar más bits . Los PLL unibit usan so...

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Un PLL multibit o PLL multibit es un bucle de enganche de fase (PLL) que logra un rendimiento mejorado en comparación con un PLL unibit al usar más bits . Los PLL unibit usan solo el bit más significativo (MSB) del bus de salida de cada contador para medir la fase , mientras que los PLL multibit usan más bits. [ 1 ] Los PLL son un componente esencial en las telecomunicaciones .

Los PLL multibit logran una mayor eficiencia y rendimiento: mejor utilización del espectro de frecuencias para atender a más usuarios con una mayor calidad de servicio (QoS), menor potencia de transmisión de RF y menor consumo de energía en teléfonos celulares y otros dispositivos inalámbricos .

Conceptos

Un bucle de enganche de fase (PLL) es un componente o sistema electrónico que comprende un bucle cerrado para controlar la fase de un oscilador comparándola con la fase de una señal de entrada o de referencia. Un sintetizador de frecuencia indirecto utiliza un PLL. En un PLL totalmente digital, un oscilador controlado por voltaje (VCO) se controla mediante una señal de control digital , en lugar de analógica . El detector de fase proporciona una señal proporcional a la diferencia de fase entre dos señales; en un PLL, una señal es la de referencia y la otra es la salida del oscilador controlado (o un divisor accionado por el oscilador).

En un bucle de enganche de fase unibit, la fase se mide utilizando solo un bit de los contadores de referencia y de salida, el bit más significativo (MSB). En un bucle de enganche de fase multibit, la fase se mide utilizando más de un bit de los contadores de referencia y de salida, generalmente incluyendo el bit más significativo.

PLL Unibit

En los PLL unibit, la frecuencia de salida se define por la frecuencia de entrada y el valor del módulo de los dos contadores. En cada contador, solo se utiliza el bit más significativo (MSB). Las demás líneas de salida de los contadores se ignoran, ya que representan información desperdiciada.

Estructura y rendimiento del PLL

Un PLL incluye un detector de fase, un filtro y un oscilador conectados en un bucle cerrado, de modo que la frecuencia del oscilador sigue (es igual a) la frecuencia de entrada. Si bien la frecuencia de salida promedio es igual a la frecuencia de entrada, la frecuencia del oscilador fluctúa o oscila alrededor de ese valor promedio. El bucle cerrado corrige estas desviaciones de frecuencia; los PLL de mayor rendimiento reducen estas fluctuaciones a valores menores, aunque estas desviaciones nunca se pueden eliminar por completo. Véase Teoría de control . El ruido de fase , las emisiones espurias y la fluctuación de fase (jitter) son resultado de los fenómenos descritos anteriormente.

Características del sintetizador PLL

  • Los sintetizadores de frecuencia PLL se utilizan ampliamente en las telecomunicaciones modernas. Por ejemplo, un teléfono celular puede incluir de tres a seis PLL.
  • El ruido de fase puede interferir con otros suscriptores, reduciendo la calidad de su servicio. La interferencia es mutua. Si se reduce el ruido, es posible lograr comunicaciones más rápidas, aumentando la velocidad de símbolos mediante esquemas de modulación más complejos, es decir, transmitiendo más bits por muestra.

El tiempo de estabilización de frecuencia es el tiempo que tarda el PLL en cambiar a otra frecuencia. El salto de frecuencia se utiliza en GSM y, aún más, en los sistemas modernos. En CDMA , el salto de frecuencia ofrece un mejor rendimiento que la codificación de fase.

La resolución de frecuencia fina es la capacidad de un PLL para generar frecuencias muy próximas entre sí. Por ejemplo, una red celular puede requerir que un teléfono móvil configure su frecuencia en cualquiera de varios valores, con intervalos de 30  kHz o 10  kHz.

El rango de rendimiento de un PLL define la interrelación entre los criterios esenciales de rendimiento mencionados anteriormente; por ejemplo, mejorar la resolución de frecuencia dará como resultado un PLL más lento y un mayor ruido de fase, etc.

El PLL Multibit amplía el rango de rendimiento del PLL, permitiendo lograr un tiempo de estabilización más rápido junto con una resolución de frecuencia precisa y un menor ruido de fase.

Efectos de unibit

A medida que se avanza desde el bit más significativo (MSB) hacia el bit menos significativo (LSB), la frecuencia aumenta. En un contador binario, cada bit siguiente tiene el doble de frecuencia que el anterior. En los contadores modulares, la relación es más compleja.

Solo el bit más significativo (MSB) de ambos contadores tiene la misma frecuencia. Los demás bits de un contador tienen frecuencias diferentes a las del otro.

Todos los bits a la salida de un contador, en conjunto, representan un bus digital . Por lo tanto, en un sintetizador de frecuencia PLL existen dos buses: uno para el contador de referencia y otro para el contador de salida (o VCO). En un PLL de un bit, de los dos buses digitales, solo se utiliza un bit (línea) de cada uno. El resto de la información se pierde.

Complejidad del diseño de PLL

El diseño de PLL es una tarea interdisciplinaria , difícil incluso para expertos en PLL. Esto es para el PLL Unibit, que es más simple que el PLL Multibit. El diseño debe tener en cuenta: [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

  • [Teoría de control, sistema de lazo cerrado.
  • Diseño de radiofrecuencia (RF): el oscilador, componentes de alta frecuencia.
  • Circuitos analógicos - filtro de bucle
  • Circuitos digitales: contadores, medición de fase.
  • Interferencias de radiofrecuencia/electromagnéticas, blindaje, puesta a tierra
  • Estadísticas de ruido y ruido de fase en componentes y circuitos electrónicos.

PLL multibit

Principio de funcionamiento

El PLL anterior utiliza más bits de los dos contadores. Existe un problema complejo al comparar señales a diferentes frecuencias en dos buses digitales que cuentan hasta un valor final diferente.

Es posible mejorar el rendimiento utilizando los bits más rápidos de los contadores, teniendo en cuenta la información adicional disponible.

El funcionamiento del PLL se ve aún más afectado por el desbordamiento de los contadores . Este efecto solo es relevante en los PLL multibit; en los PLL unibit, solo existe la señal de un bit (MSB), por lo que no es posible el desbordamiento.

Implementación

El grado de libertad adicional en los PLL multibit permite adaptar cada PLL a requisitos específicos. Esto se puede implementar eficazmente con dispositivos lógicos programables (PLD), por ejemplo, los fabricados por Altera Corp. [ 7 ]. Altera proporciona tanto componentes digitales como herramientas de diseño avanzadas para el uso y la programación de dichos componentes.

Los primeros PLL multibit utilizaban un microprocesador , un microcontrolador o un DSP para cerrar el bucle en una implementación inteligente. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

Beneficios

Un PLL multibit ofrece una excelente resolución de frecuencia y un rápido salto de frecuencia, junto con un menor ruido de fase y un menor consumo de energía. De este modo, mejora el rendimiento general del PLL.

El ancho de banda del bucle se puede optimizar para el rendimiento del ruido de fase y/o la velocidad de estabilización de la frecuencia; depende menos de la resolución de frecuencia.

Mejorar el rendimiento del PLL permite un mejor uso del espectro de frecuencias y reduce la potencia de transmisión. De hecho, el rendimiento del PLL se mejora constantemente. [ 1 ]

Referencias

  1. 1 2 Marc Zuta, "Un nuevo PLL con tiempo de estabilización rápido y bajo ruido de fase". Microwave Journal , junio de 1998, págs. 94–108.
  2. ↑ Floyd M. Gardner, Técnicas de sincronización de fase , Segunda edición. ISBN 0-471-04294-3
  3. ↑ Vadim Manassewitsch: Sintetizadores de frecuencia, teoría y diseño . Segunda edición. ISBN 0-471-07917-0
  4. ↑ Bar-Giora Goldberg, Técnicas digitales en síntesis de frecuencia
  5. ↑ William C. Lindsey, Marvin K. Simon, Ingeniería de Sistemas de Telecomunicaciones
  6. ↑ Marvin Frerking, Diseño de osciladores de cristal y compensación de temperatura
  7. 1 2 "Libro de datos del dispositivo" . Altera Corporation.
  8. ↑ Patente estadounidense n.° 4450518 de ITT Industries, Inc. Sistema de control de bucle cerrado para ajustar la frecuencia de un oscilador mediante un microprocesador y un convertidor digital-analógico (DAC).
  9. ↑ Patente estadounidense n.° 4503401 Allied Corporation Un PLL con un microprocesador que controla un VCO para extender el rango de frecuencia del PLLO
  10. ↑ Patente estadounidense n.° 4646030 de Tektronix, Inc. El oscilador tiene sincronización de frecuencia y fase. Utiliza un microprocesador y un convertidor digital-analógico (DAC); la salida del DAC se conecta a un circuito de retardo programable.
  11. ↑ Patente estadounidense n.° 5053723 de Philips Corp. PLL con microprocesador que controla un VCO a través de una red de conmutación y PDM.
  12. ↑ Patente estadounidense n.° 5182528 Zuta Marc, Controla un oscilador mediante un ordenador a través de un bus digital de baja impedancia y un control analógico de alta impedancia mediante un convertidor digital-analógico (DAC).
  13. ↑ Patente estadounidense n.° 5363419 Advanced Micro Devices, Inc. El VCO se controla mediante una señal analógica derivada del contador y el DAC, y un bucle grueso.
  14. ↑ Patente estadounidense n.° 5448763 Motorola Inc. Sintetizador PLL, el procesador determina el espaciado de canales. El PLL tiene un tiempo de bloqueo más rápido y menor ruido.
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