GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA
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Sistema Interamericano de Metrología, SIM
GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA
Ing. Francisco J. Jiménez Tapia
Centro Nacional de Metrología, CENAM
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1. Bases de tiempo
2. Mezclador de bajo ruido
3. Lazos de amarre en fase (PLL)
4. Sintetizadores
5. Contadores de intervalos de tiempo
Contenido
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Bases de tiempo
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V (t)
¿Qué son?
Una base de tiempo es un generador de señales periódicas (cuadrada, senoidal, rampa, etc.) precisas y estables.
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¿Cómo se hacen?
Una base de tiempo consta básicamente de un oscilador, pudiendo ser:
XO Oscilador de cristal de cuarzoVCXO XO controlado por voltajeOCXO XO controlado por temperaturaTCXO XO compensado por temperaturaTCVCXO XO compensado por temperatura y controlado por voltajeOCVCXOXO controlado por temperatura y por voltajeRbXO XO estabilizado a la transición del RubidioCsXO XO estabilizado a la transición del CesioHXO XO estabilizado a la transición del Hidrógeno
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Mezclador de bajo ruido
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En electrónica de radiofrecuencia, el circuito que efectúa el producto de dos señales analógicas es usado en una variedad de aplicaciones y, dependiendo del contexto es llamado modulador, mezclador, detector síncrono, detector de fase, etc.
¿Qué son?
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Entre las técnicas más comunes para hacer mezcladores están por ejemplo:
Transistor simple no lineal o circuitos de diodo, a menudo se emplean diodos Schottky;
FETs con compuerta dual (con una señal aplicada a cada compuerta);
Circuitos Integrados multiplicadores (p.ej. MC1495, MC1496, SL640, o AD630);
Mezcladores balanceados con transformadores y arreglos de diodos (p.ej. serie M1 de Watkings-Johnson, SBL-1 de Mini-Circuits Lab.)
¿Cómo se hacen?
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MEZCLADOR A TRANSISTOR BIPOLAR
MEZCLADOR A JFET
Algunos tipos de mezcladores
Fuente: [5]
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MEZCLADOR A MOSFET DUAL
MEZCLADOR DOBLEMENTE BALANCEADO
Algunos tipos de mezcladores
Fuente: [5]
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Lazos de amarre de fase (PLL)
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V sen( t+IM i i ) V sen( t+OM )
¿Qué son?
El circuito PLL (Phase Locked-Loop) es un sistema retroalimentado cuyo objetivo principal consiste en la generación de una señal de salida con amplitud fija y frecuencia coincidente con la de entrada, dentro de un margen determinado.
Comprende tres etapas fundamentales:
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Ejemplo: Sintonía del PLL
Fuente: [4]
Régimen transitorio Régimen permanente
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Ejemplo: Sintonía del PLL (Continuación)
Fuente: [4]
Régimen transitorio Régimen permanente
![Page 19: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/19.jpg)
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Ejemplo: Sintonía del PLL (Continuación)
Fuente: [4]
Régimen transitorio Régimen permanente
![Page 20: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/20.jpg)
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Ejemplo: Desintonía del PLL
Fuente: [4]
Régimen transitorio Régimen permanente
![Page 21: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/21.jpg)
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Sistema Interamericano de Metrología, SIM
Ejemplo: Desintonía del PLL (Continuación)
Fuente: [4]
Régimen transitorio Régimen permanente
![Page 22: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/22.jpg)
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Sintetizadores
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Un sintetizador de frecuencias, es el instrumento que genera frecuencias en un intervalo dado a partir de una base de tiempo.La base de tiempo generalmente se proporciona por un oscilador de cuarzo.
¿Qué es un sintetizador?
![Page 24: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/24.jpg)
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¿Cómo funcionan?
Direct Digital SynthesisAmplificador
Atenuadores
Fuente: [3]
![Page 25: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/25.jpg)
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Contadores de intervalos de tiempo
![Page 26: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/26.jpg)
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El contador de intervalos de tiempo es la herramienta de medición principal para la determinación de estabilidad en un reloj. Su función básica es la de medir el tiempo transcurrido entre dos acontecimientos (inicio y paro).
¿Qué es? ¿Para qué sirve?
![Page 27: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/27.jpg)
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Sistema Interamericano de Metrología, SIM
Consiste típicamente en descubrir una señal eléctrica V(t) acercándose a algún umbral sobre el canal de entrada.
¿Qué es el Trigger Event?
Fuente: [1]
![Page 28: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/28.jpg)
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Sistema Interamericano de Metrología, SIM
El intervalo de tiempo se mide al incrementar un registro contador de acuerdo a una frecuencia muy alta y estable, suministrada por el oscilador interno o una frecuencia de referencia externa.
¿Cómo funciona el contador de intervalos de tiempo?
Fuente: [2]
OSC
START
STOP
![Page 29: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/29.jpg)
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Sistema Interamericano de Metrología, SIM
El intervalo de tiempo se mide al incrementar un registro contador de acuerdo a una frecuencia muy alta y estable, suministrada por el oscilador interno o una frecuencia de referencia externa.
¿Cómo funciona el contador de intervalos de tiempo?
Fuente: [2]
OSC
START
STOP
![Page 30: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/30.jpg)
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Sistema Interamericano de Metrología, SIM
El intervalo de tiempo se mide al incrementar un registro contador de acuerdo a una frecuencia muy alta y estable, suministrada por el oscilador interno o una frecuencia de referencia externa.
¿Cómo funciona el contador de intervalos de tiempo?
Fuente: [2]
OSC
START
STOP
![Page 31: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/31.jpg)
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Sistema Interamericano de Metrología, SIM
La mejor resolución de medición se logra poniendo una base de tiempo tan alta como sea posible. Los contadores de alto desempeño comerciales usan una referencia local de 500 MHz, un PLL y un oscilador horneado (OCXO) muy estable que oscila a 5 ó 10 MHz.
Los instrumentos comerciales implementan dos métodos para no tener que subir la frecuencia de referencia local y poder aumentar la resolución:
Interpolación LinealInterpolación de Vernier
¿Cómo funciona el contador de intervalos de tiempo? (Continuación)
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SIM
TFW
F W
ork
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an
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lan
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g M
eeti
ng
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CE
NA
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Qu
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taro
, M
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o (
Oct
15
th
thro
ug
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ct 1
7th,
20
12
)
Sistema Interamericano de Metrología, SIM
S TA RT
S TOP
CLOCK
S TA RT INTE RP OLACION
T0
1000T0 T1
1000T1
S TOP INTE RP OLA CIÓN
S TA RT CO NTA DOR INTE RP OLACION
S TOP CO NTA DORINTE RP OLA CIÓN
0 1 2 3 .. . n
n 0
n 1
1000100010 nn
nTCLOCK
Interpolación Lineal
Fuente: [2]
![Page 33: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/33.jpg)
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o (
Oct
15
th
thro
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h O
ct 1
7th,
20
12
)
Sistema Interamericano de Metrología, SIM
S TO P TRIGG ER EDOS C
S TO P
RE FE RENCECLOCK
S TA RT
S TA RT TR IGG ER EDOS C
T T 2
n ticks2
T 3
T 1
n ticks1
S TA RTCOINC ID ENCE
S TO PCOINC ID ENCE
n ticks0
231 TTTT
Interpolación de Vernier
Fuente: [2]
![Page 34: GENERACIÓN Y MEDICIÓN DE FRECUENCIA](https://reader036.fdocuments.co/reader036/viewer/2022081507/56815b56550346895dc938c6/html5/thumbnails/34.jpg)
SIM
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Oct
15
th
thro
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h O
ct 1
7th,
20
12
)
Sistema Interamericano de Metrología, SIM
Referencias
[1] Stefano Bregni, Synchronization of Dogital Telecommunications Networks, Londres, Wiley & Sons 1988.
[2] Paul Horowitz- Winfield Hill, The Art of Electronics, 2da Edition, USA 1989.
[3] http://seti.harvard.edu/synth/system.htm
[4] http://www.jcee.upc.es/JCEE2001/PDFs2001/pindado.pdf
[5] http://homepage.eircom.net/~ei9gq/rx_circ.htm