PLL
DE
MICROONDAS
CON
TIEMPO
DE
ADQUISICION REDUCIDO
J.
Be engue ,
E.
A al,
I.
Co bella
J.
Ba a,
A.
Come 6n.
Dp o
.
de
EZec o isica
E. T .
S.
I.
de
Telecomunicacidn
de
Ba c
elon
a,
U.P
. C.
Apa ado
30002
08080
-B
a
c
eZona
Espana
ABSTRACT
The
beha iou
o
a PLL
whe e
he
VCO
is
in-
jec ion-locked
o
he
e e ence
equenc
y
is
s udied.
I
is
expe imen ally
shown
ha
he
phase
acquisi ion
ime
can
be
educed
ela i e
o
he
non-injec ion
locked
VCO
si ua ion.
A
he
same
ime,
he
phase
ela ionship
be ween
an
injec ion-locked
oscilla o
and
he
e e ence
oscilla o
can
also
be
ixed.
These
echniques
can
be
applied
o
he
local
oscilla o s
syn hesis
in
a
cohe en
ecei e
o
he
12.5,
20
and
30
GHz
beacons
o
he
Olympus
sa elli e.
1 . INTRODUCCION
La
ecnica
de
sinc onizaclon
po
inyecclon
/1/
hace
que
la
se ial
de
salida
de
un
osci-
lado
(llamado
en
adelan e
"oscilado
con-
olado")
siga
en
ecuencia
a
la
se ial
de
o o
oscilado
(llamado
en
adelan e
"oscila
do
de
e e encia")
( ig.
1)
.
En
cuan o
a
las
ca ac e is icas
de
uido
de
ase,
si
la
po encia
inyec ada
en
el
oscila
do
con olado
po
el
oscilado
de
e e en=
cia
es
su icien e en e
al
a,
se an
p ac ica-
men e
las
mismas
pa a
los
dos
oscilado es
en
el
ancho
de
banda
·
de
sinc onizaci6n
/ 1/ .
Como
es e
ancho
de
banda
puede
se
muy
g an
de,
puede
en
muchos
casos
conside a se
que
la
densidad
espec al
de
uido
de
ase
es
la
misma
pa a
los
dos
oscilado es.
En
esas
condiciones,
la
di e encia
de
ase
ins an anea
en e
los
dos
oscilado es
depen
de
de
la
di e encia
en e
la
ecuencia
de-
oscilaci6n
lib e
del
oscilado
con olado
y
la
ecuencia
del
oscilado
de
e e encia.
Como
esa
di e encia
puede
a ia
a
lo
la go
del
iempo,
en
gene al
no
exis e
una
ela-
ci6n
de
ase
de e minada
en e
los
oscilado
es
con olado
y
de
e e encia.
Tal
ela--
ci6n
puede
ija se
u ilizando
un
bucle
de
ase
(PLL)
en
el
que
el
VCO
sea
el
p opio
oscilado
con olado.
Al
e na i amen e,
el
oscilado
con olado
de
un
PLL
puede
a da
un
ie
mp
o
conside a-
ble
en
adqui i
el
sinc onismo
con
el
osci-
lado
de
e e encia
si
sus
ecuencias
di-
ie en
mucho,
dependiendo
de
la
anchu a
de
banda
del
PLL.
Puede
pensa se
en
disminui
76
el
iempo
de
adquisici6n
median e
la
sinc o-
nizaci6n
p e ia
po
inyecci6n
del
VCO
po
el
oscilado
de
e e encia.
En
lo
que
sigue
se
discu e
el
compo amien o
de
un
PLL a
ecuencias
de
mic oondas
cuando
el
VCO
es a
sinc onizado
po
inyecci6n
al
os
cilado
de
e e encia.
2.
MODELO
TEORICO
En
la
igu a
2b
se
ep esen a
el
diag ama
de
bloques
de
un
PLL
clasico
/2,3/.
Si
la
un-
cion
de
ans e encia
F(s)
del
il o
de
la-
zo
co esponde
a
un
in eg ado
impe ec a
(impo an e
caso
p ac ico)
F(s)
(1)
en onces
la
ase
de
salida
del
VCO
iene
da-
da
po
<l>
o
(s)
2
'1s
+ 2
<l>
co ( s l ( 2 l
T1s +KKDKF(1+T 2
s)
donde
KD
(Vol
ad
_- 1)
es
la
con
s an e
del
de-
ec o
de
ase,
KF( ad
s-1
Vol -1)
es
la
cons an e
del
VCO
y
q,
REF
y
<l>
co
ep esen an
las
ans o madas
de
la
se ial
de
e-
e encia
y
del
VCO
lib e
espec i amen e.
La
exp esi6n
(2)
indica
que,
den o
del
ancho
de
banda
del
PLL,
la
ca ac e is ica
espec al
de
ase
del
oscilado
con olado
co esponde
undamen almen e
a
la
del
oscilado
de
e e-
encia,
mien as
que
ue a
de
ese
ma gen
de
ecuencias
se
encu~n a
la
ca ac e is ica
de
ase
del
VCO
lib e.
Si
el
VCO
se
encuen a
sinc onizado
po
in-
yecci6n
po
el
de
e e encia,
en
las
condi-
ciones
conside adas
en
la
in oducci6n,
el
diag ama
de
bloques
es
el
ep esen ado
en
la
igu a
3b.
El
p oceso
de
inyecci6n,
ademas
de
modi ica
las
ca ac e is icas
de
ase
del
VCO,
hace
que
su
ension
de
con ol
no
ac ue
sob e
su
ecuencia,
sino
sob e
la
ase,
po
lo
cual
las
dimensiones
de
la
cons an e
K ,
p
qu
e
ep esen a
el
modelo
linealizado
de
co
n ol,
se an
aho a
de
ad
Vol -1.
Su
poniendo
la
misma
unci6n
de
ans e en-
ci
a
del
il o
de
lazo
que
en
la
exp esi6n
(1
),
la
ase
de
salida
del
VCO
se a
aho a
'1s
<P
o(s)=
<P
REF(s)+
6< >
(s) (3)
~Kp+(
-
1
+~Kp-
2
)s
ep esen a
la
ans o mada
de
la
di e en
ci
a
de
ase
en e
el
oscilado
de
e e encia
~
e l
con olado
debida
a
la
di e encia
en-
~ e
la
ecuencia
del
oscilado
de
e e en-
ci
a y
la
ecuencia
de
oscilaci6n
lib e
del
o
scilado
con olado
que
es,
en
el
dominio
"e
l
iempo,
una
unci6n
de
a iaci6n
gene-
:!:
almen e
len a.
~
compa aci6n
de
las
exp esiones
(2)
y
(3)
~d
ica
que
en
un
caso,
la
con ibuci6n
del
··eo a
la
a
se
de
sal
ida
apa ece
il
ada
?O
un
il o
paso-al o
de
segundo
o den,
ien
as
que
en
el
o o
es
il ada
po
un
=il
o
de
p ime
o den.
En
cada
caso,
las
=e
spec i as
con ibuciones
p esen an
ca ac-
~e
is icas
espec ales
dis in as.
3.
RESULTADOS
EXPERIMENTALES
En
la
igu a
4a
se
ha
ep esen ado
la
a i~
io
n
de
la
ension
de
con ol
del
VCO
co -
es
po
ndien e
al
mon aje
de
la
igu a
2a
~l
o
scilado
de
e e encia
es
un
oscilado
de
b
a ido
de
labo a o io
abajando
en
CW
a
un
a
ecuencia
al ededo
de
12
GHz.
El
nco
es
un
oscilado
a MESFET
es abilizado
?O
esonado
dielec ico,
cu
ya
ecuencia
se
a ia
al ededo
de
12
GHz
ac uando
sab e
_a
ension
de
pue a
del
ansis o
. Como
de e
c o
de
ase
se
u iliza
un
mezclado
equ
ilib ado
ealizado
median e
un
ci cui o
~ib
ido
de
90Q
con
diodes
Scho ky
como
·i
s p
osi i os
no
lineales.
~~
~
cons an es
del
diag ama
de
bloques
6
=l.
g._2b)
son
KD=0
.
38
Vol
ad-1
,
KF=4
x
10
:!:ad s
1 ol -1,
K=1
.36
x
10-2,
-
1
=s.6
ms,
~
2
=
0
.15
ms.
Con
es os
alo es,
el
ancho
~e
b
anda
calculado
del
PLL
es
de
10
KHz.
~1
iempo
medido
de
adquisici6n
( iempo
en
e
los
ins an es
en
que
se
cie a
el
la
zo
y
se
es abiliza
la
ensi6n
de
con olT
es
de
unos
60
s,
pa a
un
o se
inicial
de
=ecuen
cia
de
unos
20
MHz.
~n
l a
igu a
4b
se
ep esen a
la
ension
de
con
ol
del
VCO
cuando
es e
se
encuen a
sinc
onizado
po
inyecci6n
po
la
senal
de
:!:e
e encia.
Se
obse a
la
ipica
espues-
~a
a l
escal6n
de
un
sis ema
de
p ime
o den.
~os
alo es
de
las
cons an es
son
los
mis-
s
que
en
el
caso
an e io ,
excep o
la
=on
s an e
co espondien e
al
VCO,
cu
yo
a-
:o
es
Kp
=
1.53
ad
Vol -1.
Es
cla a
la
=edu
cci6n
del
iempo
de
adquisicion
de
a-
se
e
spec o
del
caso
an e io
(ap o
x
imada-
-en
e
un
ac o
20).
4.
CONCLUSIONES
Se
ha
comp obado
que
el
iempo
de
adquisi-
=-on
de
un
PLL
de
mic oondas
de
segundo
o
=en
puede
educi se
median e
la
sinc oniza
cion
po
inyeccion
del
VCO
po
el
oscila--
=o
de
e e encia.
En
ese
caso,
el
modelo
=el
sis ema
se
educe
al
de
un
PLL
de
p i-
- o
den.
~s a
ecnica
puede
aplica se
ambien
pa a
77
consegui
una
elaci6n
de
ase
ija
en eun
oscilado
de
e e encia
y
un
oscilado
sln-
c onizado
po
inyecci6n.
Es as
ecnicas
es an
siendo
es udiadas
en
elaci6n
con
la
sin esis
de
ecuencias
de
oscilado es
locales
en
un
ecep o
cohe en e
pa a
las
balizas
a
12.5,
20
y 30
GHz
del
pa
que e
de
p opagaci6n
del
s
a eli e
Ol
y
mpus.-
REFERENCIAS
/1
/
Kaneyuki
Ku okawa,
"Injec ion
Locking
o
Mic owa e
Solid-S a e
Oscilla o ".
P oc
. o
he
I
EEE
,
61,
10,
Oc .
1973,
pp.1386-1410.
--
/2/
Floyd
M.
Ga dne ,
"P
haseZock
Te
ch
niqu
es "
John
Wiley
&
Sons.
1979.
/ 3/
Alain
Blancha d,
"Pha se -
Locked
Loop
s .
Applica ion
o
Cohe en
Rec
ei e
De
s
ign
".
John
Wiley
&
Sons.
1976.
Con olled
Oscilla
o
Re e ence
Oscilla o
W IIF ! +
<j)
1
0'
( )
+£.
<j)
( )
w IIF +
<!>
1u
( )
Fig.
1.
Oscilado
sinc onizado
po
in-
yecci6n.
PHASE
DETECTOR
.c.o.
(a)
(b )
Fig.
2.
Bucle
de
seguimien o
de
ase
(PLL).
(a)
Modelo
isico.
(b)
Diag ama
de
bloques
linea-
lizado.
PHASE
< >
IEF
DETECTOR
(a) (b)
Fig.
3.
PLL
con
V
CO
sinc onizado
po
in
y
ecci6n.
(a)
M
odelo
isico.
(b)
Dia
g ama
de
bloques
linealizado.
TIME (sgconds) TIME (sgconds)
-.5
0
10
20
30
40
50
60
70
0
-.
7
>
-.6
,...
>
...... ......
lJ.I lJ.I
~
-.
7
L:l
<
I-
I-
...J
5-.8
0
>
-.8
>
d d
u u
:>
-.9
:>
"'"1
-.9
(a)
(
b)
F
ig.
4.
E oluci6n
de
la
ensi6n
de
con ol
del
VCO
pa a
las
si uaciones
co es-
pondien es
a:
(a) igu a
2;
(b)
igu a
3.
78