Final PPL e VCO

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Indice 
Introdução ....................................................................................................................................... 2 
Objectivos ....................................................................................................................................... 3 
Objectivo geral ................................................................................................................................ 3 
Objectivos específicos .................................................................................................................... 3 
Metodologia .................................................................................................................................... 3 
Phase Locked Loop ......................................................................................................................... 4 
PLL Phase Detector / Comparator .................................................................................................. 5 
Detetores de fase / frequência ......................................................................................................... 7 
Filtro PLL loop ............................................................................................................................... 9 
Aplicações dos PLL ...................................................................................................................... 10 
Oscilador controlado por tensão ................................................................................................... 10 
Conclusão ...................................................................................................................................... 13 
Bibliografia ................................................................................................................................... 14 
 
 
 
 
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Introdução 
O PLL é um circuito que faz o sincronismo entre um sinal de referência (entrada) e o sinal do elo de 
realimentação vindo do VCO (Voltage-Controlled Oscillator) que é a saída do PLL, então o sinal de entrada 
e o sinal vindo da realimentação passam a operar na mesma frequência. 
O tempo que o PLL leva para sincronizar ambos os sinais na mesma frequência e fase é conhecido como 
“lock time” (tempo de bloqueio). O PLL possibilita a reconstrução ou recondicionamento de sinais 
afetados por ruído, ou ainda, separar um determinado sinal no meio de muitos outros sinais. 
Basicamente, o PLL contém três componentes: 
 Detector de fase; 
 Filtro passa-baixa; 
 Oscilador controle do por tensão (VCO). 
 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Objectivos 
Objectivo geral 
Apresentar o PLL, 
Objectivos específicos 
Definir o PLL; 
 Explicar o principio de funcionamento do PLL; 
 Descrver o diagrama em bloco 
 Apresentar a funcionalidade do PLL. 
Metodologia 
O trabalho de investigação sobre PLL, foi baseado em alguns livros digitais, consultas de vídeos 
relacionados com a matéria. 
 
 
 
 
 
 
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Phase Locked Loop 
A Phase locked loop ou PLL é um bloco de construção do circuito particularmente flexível. 
O circuito de bloqueio de fase, PLL pode ser usado para uma variedade de aplicações de frequência 
de rádio, a partir de sintetizadores de frequência de recuperação de relógio e para a desmodulação 
de FM. 
Como resultado, a malha de captura de fase é encontrado em muitos itens de equipamento de 
radiofrequência, incluindo recetores de rádio, equipamentos de teste e outros itens de eletrônica de 
frequência de rádio. 
 
O conceito básico do funcionamento do PLL é relativamente simples, embora a análise matemática 
e diversos elementos do seu funcionamento pode tornar-se mais complicado 
A malha de captura de fase básica está conectado como mostrado no diagrama abaixo. O sinal de 
referência e o sinal do oscilador controlado por tensão está ligado ao detetor de fase. A saída do 
detetor de fase é passada através do filtro de circuito fechado e, em seguida, aplicado ao oscilador 
controlado por tensão. 
 
 Fig. 1 
 
O oscilador controlado por tensão, VCO, dentro do PLL produz um sinal que entra no detetor de 
fase. Aqui, a fase dos sinais do VCO e o sinal de referência de entrada são comparadas e uma 
diferença ou erro de tensão resultante é produzido. Isto corresponde à diferença de fase entre os 
dois sinais. 
O sinal de erro do detetor de fase passa por um filtro passa-baixo que regula muitas das 
propriedades do circuito e remove todos os elementos de alta frequência sobre o sinal. Depois de 
atravessar o filtro do sinal de erro é aplicado ao terminal de controlo do VCO como a sua tensão 
de sintonização. O sentido de qualquer mudança nesta tensão é tal que se tenta reduzir a diferença 
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de fase e, portanto, a frequência entre os dois sinais. Inicialmente, o circuito será fora de bloqueio, 
e a tensão de erro vai puxar a frequência do VCO no sentido de que da referência, até que ele não 
pode reduzir o erro mais longe e o loop estão bloqueados. 
Quando o PLL, circuito fechado de bloqueio de fase, está na fechadura uma tensão de erro de 
estado estacionário é produzido. Ao utilizar um amplificador entre o detetor de fase e o VCO, o 
erro real entre os sinais podem ser reduzidas a níveis muito pequenos. No entanto, alguns de tensão 
deve estar sempre presente no terminal do VCO controle, pois isso é o que coloca na frequência 
correta. 
O facto de uma tensão de erro constante está presente significa que a diferença de fase entre o sinal 
de referência e o VCO não está a mudar. À medida que a fase entre os dois sinais não está a mudar 
significa que os dois sinais são exatamente na mesma frequência. 
 
A malha de captura de fase, PLL, é um dos blocos de construção mais versáteis em eletrônica de 
rádio frequência hoje. Embora não tenha sido amplamente utilizados durante muitos anos, o 
advento da IC significava que malha de captura de fase e fritas sintetizadoras tornou-se 
amplamente disponível. Isso fez -lhes mais barato de usar e sua vantagem pode ser explorada ao 
máximo. 
 
PLL Phase Detector / Comparator 
O detetor de fase é o elemento central de uma malha de captura de fase, PLL. A sua Acão permite 
que as diferenças de fase no circuito a ser detetado e a resultante tensão de erro a serem produzidos. 
Há uma variedade de diferentes circuitos que podem ser utilizados como detetores de fase, alguns 
que usam o que pode ser considerado como técnicas analógicas, enquanto outros utilizam circuitos 
digitais. No entanto, a diferença mais importante é saber se o detetor de fase é sensível a apenas 
fase ou se é sensível à frequência e à fase. Assim, os detetores de fase podem ser divididos em 
duas categorias: 
 Única fase detetores sensíveis 
Detetores de fase que só são sensíveis à fase são a forma mais simples de detetor. Eles 
simplesmente produzem uma saída que é proporcional à diferença de fase entre os dois 
sinais. Quando a diferença de fase entre os dois sinais de entrada é constante, eles 
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produzem uma voltagem constante. Quando existe uma diferença de frequência entre os 
dois sinais, que produzem uma voltagem variável. 
O produto frequência diferença é o utilizado para dar a diferença de fase. É bem possível 
que o sinal de frequência diferença vai cair fora da passagem de banda do filtro de loop. 
Se isso ocorrer, então não há tensão de erro será alimentado de volta para o oscilador 
controlado por tensão (VCO) para trazê-lo para bloqueio. 
 
Existem várias formas de detetor de fase que podem ser utilizados. Estes se enquadram nas 
seguintes categorias: 
 
 Anel díodo detetor de fase misturador- Esta é a forma mais simples de detetor de fase e 
pode ser sintetizado a partir de um misturador anel díodo. O detetor de fase anel de díodo 
é uma forma simples e eficaz de um detetor de fase, que pode ser implementado 
utilizando um módulo de díodo anel padrão. 
 Fig. 2 
 
 
 Curva de resposta do detetor de fase anel 
 
 
 Circuito XOR- OU exclusivo, o circuito detetor de fase XOR pode proporcionar um detetor de 
fase simples e muito útil para algumas aplicações. 
 
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Fig 3 
 
 
 
A maneira em que um exclusivo OR trabalha, detector de fase XOR pode ser visto pelo diagrama 
abaixo. 
 
Fig. 4 
 
 
Detetores de fase / frequência 
Outra forma de detetor é dito para ser de fase de frequência sensível. Estes circuitos têm a 
vantagem de que, enquanto a diferença de fase é entre 180 ± ° uma tensão proporcional à diferença 
de fase é dado. Além disso, os limites de circuito em um dos extremos. Desta forma nenhum 
componente AC é produzido quando o circuito está fora do bloqueio e a saída do detetor de fase 
pode passar através do filtro para trazer o circuito fechado de bloqueio de fase, PLL, em bloqueio. 
Há um número de diferentes tipos de detetores de fase de frequência que estão disponíveis, como: 
 
Borda desencadeada JK detetor de frequência fase flip flop 
Esta forma de comparador de fase é usada em alguns modelos. 
Fig. 5 
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A ideia por detrás do comparador com base JK flip- flop é que é um circuito com base sequencial, 
e isto pode ser usado para fornecer dois sinais: um para carregar e descarregar um para um 
condensador. 
 
JK FLIP FLOP STATES 
V1 V2 QN+1 
0 0 Qn 
0 1 0 
1 0 1 
1 1 Qn bar 
 
Fig. 6 
 
 
Comparador de fase tipo duplo D - Este tipo de detetor de frequência fase usa dois flip-flops do 
tipo D e uma porta NAND, embora haja uma série de variantes ligeiramente diferentes. Este tipo 
de comparador de fase é possivelmente a forma mais utilizada de detetor devido ao seu 
desempenho e facilidade de conceção e utilização. 
 
O circuito para o tipo D comparador duplo usa dois do tipo D flip flops com os sinais de referência 
e VCO sendo comparado entrar nas entradas de relógio, um em cada tipo D. A saída da porta 
NAND é alimentado para a reposição, R, ambas as entradas de D -tipos. As entradas para a porta 
NAND são tomadas a partir das saídas Q e a saída para o filtro de circuito fechado sendo feita a 
partir de uma das saídas Q. 
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Fig. 6 
 
 
Filtro PLL loop 
 
O design do PLL, filtro de circuito é crucial para a operação de toda a malha de captura de fase. A 
escolha dos valores de circuito aqui é normalmente um compromisso muito cuidadosamente 
equilibrada entre um certo número de requisitos contraditórios. 
O filtro PLL é necessário para remover todos os componentes de alta frequência indesejados que 
podem passar para fora do detetor de fase e aparecem na linha de VCO sintonia. Eles aparecem na 
saída do oscilador de tensão controlada, VCO, como sinais espúrios. Para mostrar como isso 
acontece levar o caso quando um misturador é usado como um detetor de fase. Quando o circuito 
está em bloqueio do misturador irá produzir dois sinais: a soma e diferença de frequências. Como 
os dois sinais que entram no detetor de fase têm a mesma frequência da frequência de diferença é 
zero e uma tensão DC é produzido proporcional à diferença de fase como esperado. A frequência 
de soma é também produzido e isso vai cair num ponto igual a duas vezes a frequência da 
referência. Se este sinal não é atenuado que irá atingir a entrada de tensão de controlo para o VCO 
e dão origem a sinais espúrios. 
Quando outros tipos de detetor de fase são utilizados semelhante sinais espúrios podem ser 
produzidos e o filtro é necessária para removê-los. 
O filtro também afeta a capacidade de o circuito para mudar de frequências rapidamente. Se o 
filtro tem uma frequência muito baixa de corte, em seguida, as alterações na tensão de sintonia só 
terá lugar lentamente, e o VCO não será capaz de mudar a sua frequência tão rápido. Isso ocorre 
porque um filtro com uma baixa frequência de corte só vai deixar as baixas frequências através 
dele e estas correspondem a retardar mudanças no nível de tensão. 
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Por outro lado um filtro com uma maior frequência de corte permitirá que as mudanças aconteçam 
mais rápido. No entanto, quando usando filtros com frequências de corte alto, os cuidados devem 
ser tomados para garantir que as frequências indesejadas não são passadas ao longo da linha 
sintonia com o resultado de que sinais espúrios são gerados. 
O filtro de circuito fechado também regula a estabilidade do ciclo. Se o filtro não é projetado 
corretamente, então oscilações podem acumular-se em torno do laço, e grandes sinais aparecerão 
na linha de melodia. Isto irá resultar em o VCO ser forçado para varrer sobre largas bandas de 
frequências. O projeto adequado do filtro irá garantir que isso não pode acontecer em qualquer 
circunstância. 
Aplicações dos PLL 
 Recuperação e identificação de sinais de relógio e da portadora em sinais modulados. 
 Sincronização de sinais em sistemas digitais. 
 Sintetizadores de frequência. 
 Modulação e desmodulação de frequência. 
 Controlo de velocidade. 
 Televisão 
 Telemetria por satélite (rádio) (GPS, por ex.). 
 Receptores AM e FM. 
 
Oscilador controlado por tensão 
O oscilador VCO (Voltage-controlled oscillator) é um Oscilador Controlado por Tensão, sendo 
muito utilizado nos aparelhos modernos, pois a partir de um nível de tensão podemos controlar sua 
frequência, sem ser necessário atuar em trimpot’s de ajuste. A partir dos VCO´s, foi possível 
automatizarmos os aparelhos que dependem de osciladores deste tipo como eletrodomésticos, que 
deixam de ter vários “botões” de ajuste (vertical, horizontal, etc.), pois o controle das frequências, 
passou a ser feita por nível de tensão através de realimentações negativas, como já visto em fontes 
e amplificadores. 
Um VCO bem simples pode ser construído à partir de um multivibrador astável e que também 
pode funcionar como oscilador. Na figura abaixo, temos um astável modificado par se tornar um 
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VCO. Os dois transístores PNP, T3 e T4, têm suas funções de carregar C1 e C2 através de uma 
corrente da fonte (+5V) para os capacitores. 
Fig. 7 
Neste circuito, o potenciômetro P1 está simbolizando a tensão de controle do oscilador que irá 
determinar sua frequência; nos aparelhos atuais essa tensão geralmente é comandada pela 
realimentação negativa ou pelo MICROPROCESSADOR. 
Para melhor entender este circuito podemos substituir os transistores T3 eT4 por resistores 
variáveis, cujas resistências dependerão da tensão de controle, como mostra a figura abaixo. 
Quando a tensão de controle subir a tensão das bases de T3 e T4 também irão subir, despolarizando 
os transístores, fazendo com que eles conduzam menos corrente entre emissor-coletor, que é 
equivalente a dizer que as resistências (T3 e T4) da figura abaixo, ficarão maiores, quando a tensão 
de controle diminuir os transístores serão mais polarizados aumentando a corrente emissor-coletor 
que será equivalente a dizer que as resistências diminuíram. 
Fig. 8 
 
Variando os valores das resistências, o tempo de carga e descarga de C1 irá variar, já que o tempo 
de carga do capacitor é proporcional ao valor do produto (RxC). Então variando o tempo de carga 
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de C1, estaremos variando o tempo que T1 fica cortado e o mesmo para C2 e T2. O tempo que T1 
e T2 permanecem saturados irá determinar o período da forma de onda da saída e assim sua 
frequência (f = 1/T); com isso teremos neste circuito a saída comuma onda de frequência variável 
controlada pela tensão. 
 
Um tipo comum de VCO disponível em forma de IC é Signetics NE / SE566 . A configuração de 
pinos e um diagrama bloco básico de 566 VCO são mostrados nas figuras abaixo. 
 
Fig. 9 
Referindo-se ao circuito na figura acima, o condensador C1 é carregado ou descarregado de forma 
linear por uma corrente de fonte / carga constante. A quantidade de corrente pode ser controlado 
alterando o VC tensão aplicada na entrada de modulação (pino 5) ou por alteração do calendário 
resistência R1 externo para o circuito integrado IC. A tensão no pino 6 é realizada à mesma tensão 
de pino 5. Por conseguinte, se a tensão de modulação no pino 5 é aumentada, a tensão no pino 6 
também aumenta, o que resulta em menos tensão sobre R1 e diminuindo assim a corrente de carga. 
 A tensão através do condensador C1 é aplicada ao terminal de entrada de inversão do disparador 
de Schmitt através de um amplificador tampão. A oscilação de tensão de saída do disparador de 
Schmitt é concebido para Vcc e 0,5 Vcc. Se Ra = Rb no circuito fechado de realimentação positiva, 
a tensão no não-inversora terminal de entrada do disparador de Schmitt oscilações de 0,5 a 0,25 
Vcc Vcc. Quando a tensão no condensador C1 excede 0,5 Vcc durante o carregamento, a saída do 
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disparador de Schmitt vai Baixa (0,5 Vcc). O capacitor agora descarrega e quando está em 0,25 
Vcc, a saída do Schmitt trigger vai alto (VCC). Desde as correntes de fonte e dreno são iguais, 
capacitor cargas e descargas para a mesma quantidade de tempo. Isto dá uma forma de onda de 
tensão triangular através C1 que está igualmente disponível no pino 4. A saída do disparador de 
Schmitt onda quadrada é invertida pelo amplificador separador no pino 3. As formas de onda de 
saída são mostradas ao lado dos pinos 4 e 3. 
A frequência de saída do VCO é dado por: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Conclusão 
Antes de ser utilizada no controle de movimento, a técnica de PLL foi e até hoje ainda é muito 
usada nos equipamentos de RF, principalmente em rádios. Os circuitos recetores com a utilização 
de PLLs possuíam grande estabilidade. Porém, a complexidade e o custo desses circuitos 
construídos com componentes discretos era o ponto limitante da sua utilização. Devido a esses 
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fatores, o uso dos PLLs com componentes discretos era limitado há aplicações nas quais exigia-se 
grande precisão. 
O principal objetivo do PLL é obter um estado de bloqueio em um tempo de bloqueio aceitável. 
Devido as suas características o PLL é utilizado em sistemas de comunicação e outros sistemas 
que necessitam de um circuito de recuperação de clock, multiplicador de frequência e 
sincronização de dados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Bibliografia 
 
 Apostila de Eletrónica Geral, Modulo 3- Amplificadores, osciladores e Sistemas 
transmissão e receção 
 Apostila de Instrumentação Eletrónica, Instituto Superior Técnico- Malha de Fase Síncrona 
– PLL 
 TEXAS INSTRUMENTS – Application Report – Phased-Locked Loop Building Block With 
Analog Voltage-Controlled Oscillator and Phase Frequency Detector 
 http:/meusite.mackenzie.com.br/pgarcia/PLLS.pdf 
 
 
 
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