LM565 Bucle de Enclavamiento de Fase (PLL): La Solución Ideal para Sistemas Lineales

Un bucle de enclavamiento de fase (PLL) 565 es un sistema regulador que genera una señal de salida cuya fase está relacionada con la fase de la señal de entrada. Algunos tipos pueden incluir un detector de fase en bucles de retroalimentación y un oscilador de frecuencia variable.

Bucle de enclavamiento de fase analógico simple

El circuito integrado LM565 es un chip PLL de propósito general que consta de un detector de fase y un oscilador controlado por voltaje (VCO). A medida que avancemos en el artículo, descubrirás las características del LM565, diagramas de bloques, aplicaciones y mucho más.

Configuración de Pines (Pinout) del LM565

El LM565 PLL tiene 14 pines cuyas funciones detallamos a continuación:

Pinout del LM565

• Pin 1 / -Vcc: Entrada de alimentación negativa.
• Pines 2 y 3 / Entrada: Pines de entrada para señal FM o detector de fase.
• Pin 4 / Salida VCO: Funciona como salida del oscilador controlado por voltaje (VCO).
• Pin 5 / Entrada VCO del comparador de fase: Pin de entrada del detector de fase que realimenta la salida del VCO.
• Pin 6 / Salida de referencia: Indica la salida de referencia del amplificador interno.
• Pin 7 / Voltaje de control del VCO: Permite obtener el voltaje de control del VCO.
• Pin 8 / Resistencia de temporización: La resistencia en este pin fija la frecuencia de marcha libre del VCO.
• Pin 9 / Capacitor de temporización: El capacitor en este pin fija la frecuencia de marcha libre del VCO.
• Pin 10 / +Vcc: Pin de alimentación positiva.
• Pines 11 a 14: Sin conexión (NC).

Características y Especificaciones del LM565

A continuación se detallan las especificaciones y características principales del LM565:

• Amplio rango de alimentación con corriente de suministro de 12,5 mA.
• Rango de voltaje de operación: ±5 V a ±12 V (voltaje máximo de suministro).
• Disipación máxima de potencia: 1400 mW; frecuencia máxima de operación del VCO: 500 kHz.
• Estabilidad de frecuencia del VCO: 200 ppm/°C.
• Linealidad de la salida desmodulada: 0,2 %.
• Temperatura de almacenamiento: -65 °C a +150 °C; temperatura de operación: -55 °C a +125 °C.
• Disponible con onda triangular lineal con cruces por cero de fase. Compatible con entradas de detector de fase y salidas de onda cuadrada DTL y TTL.

Diagrama de Bloques del PLL y Principio de Funcionamiento

Componentes del Bucle de Enclavamiento de Fase (PLL)

Un PLL típicamente consta de tres bloques fundamentales:

• Un filtro paso bajo activo.
• Un detector de fase.
• Un oscilador controlado por voltaje (VCO).

Diagrama de bloques simplificado del PLL

Diagrama de bloques simplificado del LM565 PLL

El diagrama muestra que la salida del detector de fase se aplica como entrada al filtro paso bajo activo. A su vez, la salida del filtro paso bajo activo se utiliza como entrada del VCO.

Funcionamiento como PLL

En resumen, el PLL opera de la siguiente manera:

• El detector de fase (PD) genera un voltaje DC proporcional a la diferencia de fase entre la señal de retroalimentación o salida (f_out) y la señal de entrada (f_in).
• Dado que el PD funciona como un multiplicador, se obtienen dos componentes de frecuencia: la diferencia (f_in - f_out) y la suma (f_in + f_out).
• El filtro paso bajo activo amplifica la señal y genera un voltaje DC de salida tras eliminar los componentes de alta frecuencia de la salida del detector de fase.
• Sin señal de entrada, el VCO genera una señal a una frecuencia específica. Al aplicar un voltaje DC, la frecuencia se desplaza a uno u otro lado. Así, el voltaje DC en la salida del filtro paso bajo es directamente proporcional a la desviación de frecuencia.

Nota: El proceso continúa hasta que la frecuencia de la señal de entrada iguala la frecuencia del VCO.

Modos de operación del PLL

El PLL opera en tres modos:

• Modo de captura (Capture mode).
• Modo de enclavamiento (Lock mode).
• Modo de marcha libre (Free-running mode).

Inicialmente, sin señal de entrada, el PLL trabaja en modo de marcha libre. Al aplicar una frecuencia, la frecuencia de salida del VCO cambia al modo de captura. Finalmente, cuando la frecuencia de entrada iguala la del VCO, el PLL opera en modo de enclavamiento.

Diagrama de Bloques Interno del IC 565 PLL

Diagrama de bloques del LM565 PLL

Explicación del diagrama de bloques del 565 PLL

El diagrama de bloques del IC 565 incluye un VCO en un bucle de retroalimentación, un amplificador, un filtro paso bajo y un detector de fase.

El bucle de retroalimentación de enclavamiento de fase no tiene conexión interna. Por tanto, es necesario conectar externamente el pin 4 (salida VCO) al pin 5 (entrada del comparador de fase).

En aplicaciones de multiplicación de frecuencia, se inserta un divisor de frecuencia digital entre el pin 5 y el pin 4 (dentro del bucle).

Circuitos Integrados Similares al LM565

Alternativas o reemplazos del LM565 pueden ser: 74LV4046A, 74HCT9046A, MAX2880 y MC1648.

Cómo Utilizar el LM565

Para comprender su uso, estudiemos el diagrama de bloques interno del LM565.

Diagrama de bloques interno del chip LM565 PLL

Explicación del funcionamiento

• Los pines 2 y 3 son las entradas para conectar la señal analógica de entrada. Sin embargo, como el pin 3 suele ir a tierra, el pin 2 actúa como entrada principal.
• La señal de entrada y la retroalimentación del VCO/salida del VCO llegan al detector de fase (PD). El PD genera un voltaje de salida positivo cuando hay diferencia de frecuencia o fase, y voltaje cero cuando las señales están en fase o frecuencia.
• Un amplificador recibe este voltaje, amplifica las señales y las entrega al VCO. El VCO aumenta o disminuye la forma de onda, generando una frecuencia equivalente a la magnitud del voltaje de entrada.
• Este ajuste permite que la frecuencia del VCO y la de la señal de entrada coincidan.
• En ausencia de entrada, el VCO está en modo de marcha libre, generando una frecuencia determinada por la resistencia en el pin 8 y el capacitor en el pin 9.

Aplicaciones del 565 PLL

Las aplicaciones del LM565 incluyen:

• Decodificación de tonos.
• Regeneración de señales.
• Desmodulación FM y FSK.
• Desmoduladores coherentes.
• Sincronización de datos y cinta.
• Receptores de telemetría.
• Módems.

(router módem)

• Desmoduladores SCA.
• División y multiplicación de frecuencia.
• Sintetizador de frecuencia.

Diagrama de bloques de un tipo de sintetizador de frecuencia PLL

Preguntas Frecuentes sobre el 565 PLL

1. ¿Cuál es la fórmula para la frecuencia de marcha libre F_O del 565 PLL?

La fórmula es:

F_O = 1,24 / (R1 × C1) Hz

Donde:

• F_O = Frecuencia central.
• R1 = Resistencia externa en el pin 8 (valor entre 2 kΩ y 20 kΩ).
• C1 = Capacitor externo en el pin 9 (puede ser de cualquier valor).

2. ¿Qué es el tiempo de captura (pull-in time)?

Es el tiempo total que tarda un PLL en lograr el enclavamiento (lock).

3. ¿Qué es el VCO?

Oscilador controlado por voltaje: circuito oscilador que utiliza un voltaje externo para controlar la frecuencia de oscilación.

4. Defina rango de captura y rango de enclavamiento (lock range). ¿Cuál es mayor?

El rango de enclavamiento (lock range) es el rango de frecuencias que permite al PLL mantener el enclavamiento y seguir los cambios de la señal entrante. El rango de captura (capture range) es el rango de frecuencias en el que el PLL puede lograr el enclavamiento con la señal de entrada.

De los dos, el rango de enclavamiento es mayor.

Conclusión

Hemos llegado al final de este artículo y esperamos que ahora conozcas mejor el LM565 PLL. Para más consultas, no dudes en contactarnos. Estamos a tu disposición.