Esta nota de aplicación analiza las características del detector de frecuencia de fase que afectan la banda muerta y el rendimiento de la fluctuación de fase (PLL). Un PLL que emplea un diseño de filtro de bucle de bomba de carga prácticamente elimina la operación de banda muerta del PLL y la fluctuación de fase asociada al bucle bloqueado al proporcionar un pulso de salida del detector de fase de duración mínima.
Los bucles de enganche de fase se utilizan ampliamente en la industria de las telecomunicaciones para fines de multiplicación de frecuencia, extracción de datos y retemporización. Una implementación común de estos bucles de bloqueo de fase es usar un diseño de filtro de bucle basado en una bomba de carga. El MAX9382 es un detector de fase/frecuencia diseñado específicamente para usarse con filtros de bucle basados en bombas de carga. Uno de los parámetros clave del MAX9382 es una duración de pulso corta mínima garantizada que elimina el comportamiento de banda muerta a menudo asociado con los diseños de filtro de bucle basados en bomba de carga.
El MAX9382 convierte las diferencias de fase de entrada en una serie de pulsos de ancho variable en dos salidas. Estas salidas son las señales “arriba” y “abajo” necesarias para controlar la bomba de carga del filtro de bucle. Si las dos entradas tienen frecuencias diferentes, el MAX9382 actúa como un detector de frecuencia y el promedio de tiempo de salida es una función de la diferencia de frecuencia de entrada. Este comportamiento mejora en gran medida la capacidad del bucle para bloquear señales fuera de banda. La figura 1 muestra un diagrama del MAX9382. La figura 2 muestra el valor promedio (CC) de la salida del MAX9382 en función de la diferencia de fase de entrada. Las ecuaciones 1, 2 y 3 muestran la función de transferencia del detector de fase/frecuencia para frecuencias de entrada iguales (bucle bloqueado) y diferentes frecuencias de entrada (bucle desenganchado).
Filtro de circuito basado en bomba de carga
En la Figura 3 se muestra una configuración típica de bomba de carga y filtro de circuito pasivo. Esta disposición utiliza fuentes y sumideros de corriente emparejados con interruptores para enrutar la corriente hacia adentro y hacia afuera del filtro de bucle. La diferencia de fase en la entrada del detector de fase produce diferentes anchos de pulso en las salidas “arriba” y “abajo” del detector de fase, bombeando el voltaje del filtro de bucle hacia arriba o hacia abajo según las instrucciones. En el estado bloqueado, el detector de fase presenta una serie de pulsos de duración mínima igual a ambas entradas a la bomba de carga. Las ecuaciones 4 y 5 muestran la función de transferencia del filtro de la bomba de carga y la impedancia de la red del filtro.
Bucle de enganche de fase completo (PLL)
La Figura 4 muestra un bucle de enganche de fase completo que consiste en un detector de fase, una bomba de carga, un filtro de bucle, un VCO y un divisor de retroalimentación (si es necesario). La ecuación 6 muestra la función de transferencia de bucle básica. La ecuación 7 muestra la función de transferencia de bucle completo en condición de bloqueo. Las ecuaciones 1-7 se generaron utilizando las respuestas lineales de los diversos elementos del circuito y no tienen en cuenta las características de muestreo del detector de fase y la bomba de carga.
Jitter PLL y respuesta de frecuencia
Eliminación de la operación de banda muerta
Un inconveniente potencial de las configuraciones de filtro de bucle basadas en bomba de carga es el ancho de pulso mínimo al que puede responder la entrada del filtro. Un estado típico de salida del detector de fase en bloqueo es una serie de pulsos muy cortos en las salidas “arriba” y “abajo”. Si estos pulsos son demasiado angostos para ser “detectados” por el filtro de bucle, el resultado es una característica de banda muerta de bucle cerca de la fase cero. Este comportamiento de banda muerta conduce a un mayor desplazamiento de fase y fluctuaciones de salida en el enganche. Algunos sistemas usan una compensación de fase intencional para alejar la salida del detector de fase de esta región. El MAX9382 evita este tipo de comportamiento proporcionando un ancho de pulso corto mínimo bien definido en las salidas “arriba” y “abajo”.