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El bloqueo de inyección y la tracción de inyección son los efectos de frecuencia que pueden ocurrir cuando un oscilador armónico es perturbado por un segundo oscilador que opera a una frecuencia cercana. Cuando el acoplamiento es lo suficientemente fuerte y las frecuencias lo suficientemente cercanas, el segundo oscilador puede capturar el primer oscilador, haciendo que tenga una frecuencia esencialmente idéntica a la del segundo. Esto es bloqueo de inyección. Cuando el segundo oscilador simplemente perturba al primero pero no lo captura, el efecto se denomina tracción de inyección. Los efectos de bloqueo y tracción de la inyección se observan en numerosos tipos de sistemas físicos, sin embargo, los términos se asocian con mayor frecuencia con osciladores electrónicos o resonadores láser .

El bloqueo por inyección se ha utilizado de manera beneficiosa e inteligente en el diseño de los primeros televisores y osciloscopios , lo que permite sincronizar el equipo con señales externas a un costo relativamente bajo. El bloqueo de inyección también se ha utilizado en circuitos de duplicación de frecuencia de alto rendimiento. Sin embargo, el bloqueo y la tracción de la inyección, cuando no son intencionados, pueden degradar el rendimiento de los circuitos integrados de RF y los bucles de bloqueo de fase .

Inyección de relojes de abuelo a láseres [ editar ]

La tracción de inyección y el bloqueo de inyección se pueden observar en numerosos sistemas físicos donde los pares de osciladores están acoplados entre sí. Quizás el primero en documentar estos efectos fue Christiaan Huygens , el inventor del reloj de péndulo , quien se sorprendió al notar que dos relojes de péndulo que normalmente mantenían una hora ligeramente diferente, sin embargo, se sincronizaban perfectamente cuando se colgaban de una viga común. Investigadores modernos han confirmado su sospecha de que los péndulos estaban acoplados por pequeñas vibraciones de ida y vuelta en la viga de madera. [1] Los dos relojes se bloquearon por inyección a una frecuencia común.

Oscilador LC de acoplamiento cruzado con salida en la parte superior

En un oscilador controlado por voltaje de hoy en día , una señal de bloqueo de inyección puede anular su voltaje de control de baja frecuencia, lo que resulta en una pérdida de control. Cuando se emplea intencionalmente, el bloqueo de inyección proporciona un medio para reducir significativamente el consumo de energía y posiblemente reducir el ruido de fase en comparación con otras técnicas de diseño de sintetizadores de frecuencia y PLL . De manera similar, la salida de frecuencia de láseres grandes se puede purificar mediante inyección bloqueándolos con láseres de referencia de alta precisión (ver sembradora de inyección ).

Oscilador bloqueado por inyección [ editar ]

Un oscilador bloqueado por inyección ( ILO ) generalmente se basa en un oscilador LC de acoplamiento cruzado . Se ha empleado para la división de frecuencia [2] o la reducción de la fluctuación de fase en PLL , con la entrada de una forma de onda sinusoidal pura. Se empleó en modo continuo de recuperación de reloj y datos (CDR) o recuperación de reloj para realizar la restauración del reloj con la ayuda de cualquier circuito de generación de pulso anterior para convertir datos sin retorno a cero (NRZ) en pseudo retorno a cero. (PRZ) formato [3] o circuito de reprogramación no ideal que reside en el lado del transmisor para acoplar la señal del reloj a los datos. [4]Recientemente, se empleó a la OIT para el esquema de recuperación de reloj en modo ráfaga. [5]

El funcionamiento de ILO se basa en el hecho de que la oscilación local se puede bloquear a la frecuencia y fase de la señal de inyección externa en las condiciones adecuadas.

Bloqueo de inyección no deseado [ editar ]

Las señales lógicas de alta velocidad y sus armónicos son amenazas potenciales para un oscilador. La fuga de estas y otras señales de alta frecuencia en un oscilador a través de un sustrato concomitante con un bloqueo no intencionado es un bloqueo de inyección no deseado.

Ganancia por bloqueo de inyección [ editar ]

El bloqueo por inyección también puede proporcionar un medio de ganancia a un bajo costo de energía en ciertas aplicaciones.

Inyección tirando [ editar ]

El tirón por inyección (también conocido como frecuencia) ocurre cuando una fuente de frecuencia de interferencia perturba un oscilador pero no puede bloquearlo por inyección. La frecuencia del oscilador se tira hacia la fuente de frecuencia como se puede ver en el espectrograma. La falla en el bloqueo puede deberse a un acoplamiento insuficiente o porque la frecuencia de la fuente de inyección se encuentra fuera de la ventana de bloqueo del oscilador.

Espectrograma del audio anterior

Arrastre [ editar ]

El arrastre se ha utilizado para referirse al proceso de bloqueo de modo de osciladores impulsados ​​acoplados, que es el proceso mediante el cual dos sistemas oscilantes que interactúan , que tienen diferentes períodos en los que funcionan de forma independiente, asumen un período común. Los dos osciladores pueden entrar en sincronía , pero también son posibles otras relaciones de fase. El sistema con mayor frecuencia se ralentiza y el otro se acelera.

El físico holandés Christiaan Huygens , inventor del reloj de péndulo , introdujo el concepto después de que notó, en 1666, que los péndulos de dos relojes montados en un tablero común se habían sincronizado, y experimentos posteriores duplicaron este fenómeno. Describió este efecto como " simpatía extraña ". Los dos relojes de péndulo sincronizados con sus péndulos oscilando en direcciones opuestas, 180 ° fuera de fase , pero también pueden producir estados en fase. El arrastre ocurre porque se transfieren pequeñas cantidades de energía entre los dos sistemas cuando están desfasados ​​de tal manera que se produce una retroalimentación negativa.. A medida que asumen una relación de fase más estable, la cantidad de energía se reduce gradualmente a cero. En el ámbito de la física, las observaciones de Huygens están relacionadas con la resonancia y el acoplamiento resonante de osciladores armónicos , que también da lugar a vibraciones simpáticas .

Un estudio de 2002 de las observaciones de Huygens muestra que una oscilación estable antifase fue algo fortuita y que existen otras posibles soluciones estables, incluido un "estado de muerte" en el que un reloj deja de funcionar, dependiendo de la fuerza del acoplamiento entre los relojes. [6]

El bloqueo de modo entre osciladores accionados se puede demostrar fácilmente utilizando metrónomos mecánicos en una superficie común y fácilmente móvil. [7] [8] Este modo de bloqueo es importante para muchos sistemas biológicos, incluido el correcto funcionamiento de los marcapasos . [9]

El uso de la palabra arrastre en la literatura moderna de Física se refiere con mayor frecuencia al movimiento de un fluido, o colección de partículas, por otro (ver Arrastre (hidrodinámica) ). El uso de la palabra para referirse al bloqueo de modo de osciladores acoplados no lineales aparece principalmente después de aproximadamente 1980, y sigue siendo relativamente raro en comparación.

Un fenómeno de acoplamiento similar se caracterizó en los audífonos cuando se utiliza la cancelación de retroalimentación adaptativa . Este artefacto caótico (arrastre) se observa cuando las señales de entrada correlacionadas se presentan a un cancelador de retroalimentación adaptativo.

En los últimos años, el arrastre aperiódico se ha identificado como una forma alternativa de arrastre que es de interés en los ritmos biológicos. [10] [11] [12]

Ver también [ editar ]

  • Divisor de frecuencia bloqueado por inyección
  • PLL bloqueado por inyección
  • Oscilador LC
  • Oscilador electronico
  • Reloj en modo ráfaga y recuperación de datos
  • Arrastre (hidrodinámica)
  • Sincronización de ondas cerebrales
  • Sincronización del caos

Referencias [ editar ]

  1. ^ http://phys.org/news/2016-03-huygens-pendulum-synchronization.html - Los investigadores demuestran que Huygens tenía razón sobre la sincronización del péndulo
  2. ^ Tiebout, M. (2004). "Una topología de oscilador bloqueado por inyección directa CMOS como divisor de frecuencia de baja potencia de alta frecuencia". Revista IEEE de circuitos de estado sólido . Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). 39 (7): 1170-1174. Código bibliográfico : 2004IJSSC..39.1170T . doi : 10.1109 / jssc.2004.829937 . ISSN  0018-9200 .
  3. ^ De Matos, M .; Begueret, JB .; Lapuyade, H .; Belot, D .; Escotte, L .; Deval, Y. Un front-end de receptor SiGe de 0,25 μm para aplicaciones de 5 GHz . Conferencia internacional SBMO / IEEE MTT-S sobre microondas y optoelectrónica. IEEE. págs. 213–217. doi : 10.1109 / imoc.2005.1579980 . ISBN 0-7803-9341-4.
  4. ^ [54] T. Gabara, "Una inyección CMOS de 0,25 μm bloqueó un reloj de 5,6 Gbit / s y una celda de recuperación de datos", en Simposio sobre diseño de sistemas y circuitos integrados 1999, págs. 84 - 87.
  5. ^ J. Lee y M. Liu, "Un circuito CDR en modo ráfaga de 20 Gbit / s que utiliza la técnica de bloqueo por inyección", en la Conferencia internacional de circuitos de estado sólido de IEEE (ISSCC), págs. 46–586, 2007.
  6. ^ Bennett, Matthew; Schatz, Michael F .; Rockwood, Heidi; Wiesenfeld, Kurt (8 de marzo de 2002). "Relojes de Huygens". Actas de la Royal Society de Londres. Serie A: Ciencias Matemáticas, Físicas e Ingeniería . La Royal Society. 458 (2019): 563–579. Código bibliográfico : 2002RSPSA.458..563. . doi : 10.1098 / rspa.2001.0888 . ISSN 1364-5021 . 
  7. ^ Pantaleone, James (2002). "Sincronización de metrónomos". Revista estadounidense de física . Asociación Estadounidense de Profesores de Física (AAPT). 70 (10): 992–1000. Código bibliográfico : 2002AmJPh..70..992P . doi : 10.1119 / 1.1501118 . ISSN 0002-9505 . 
  8. ^ Vea la sincronización de 32 metrónomos CBS News, 10 de septiembre de 2013
  9. ^ Ermentrout, GB; Rinzel, J. (1 de enero de 1984). "Más allá del límite de arrastre de un marcapasos: recorrido de fase". Revista estadounidense de fisiología. Fisiología reguladora, integradora y comparada . Sociedad Americana de Fisiología. 246 (1): R102 – R106. doi : 10.1152 / ajpregu.1984.246.1.r102 . ISSN 0363-6119 . PMID 6696096 .  
  10. ^ Mainen, Z .; Sejnowski, T. (9 de junio de 1995). "La fiabilidad de la sincronización pico en las neuronas neocorticales". Ciencia . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS). 268 (5216): 1503–1506. Código Bibliográfico : 1995Sci ... 268.1503M . doi : 10.1126 / science.7770778 . ISSN 0036-8075 . PMID 7770778 .  
  11. ^ Mori, Toshio; Kai, Shoichi (10 de mayo de 2002). "Arrastre inducido por ruido y resonancia estocástica en ondas cerebrales humanas". Cartas de revisión física . Sociedad Estadounidense de Física (APS). 88 (21): 218101. Código Bibliográfico : 2002PhRvL..88u8101M . doi : 10.1103 / physrevlett.88.218101 . ISSN 0031-9007 . PMID 12059504 .  
  12. ^ Butzin, Nicholas C .; Hochendoner, Philip; Ogle, Curtis T .; Hill, Paul; Mather, William H. (12 de noviembre de 2015). "Marchando a lo largo de un tambor poco convencional: arrastre de osciladores de genes sintéticos por un estímulo ruidoso". Biología sintética ACS . Sociedad Química Estadounidense (ACS). 5 (2): 146-153. doi : 10.1021 / acssynbio.5b00127 . ISSN 2161-5063 . PMID 26524465 .  
  • Evitación de arrastre de filtros con un algoritmo de transformación de dominio de frecuencia [1] [ enlace muerto permanente ]
  • Evitación de arrastre con estabilización de polos [2] [ enlace muerto permanente ]
  • Evitación de arrastre con un algoritmo de dominio de transformación [3]
  • Evitación de arrastre con un filtro regresivo automático [4] [ enlace muerto permanente ]

Lectura adicional [ editar ]

* Wolaver, Dan H. 1991. Diseño de circuito de bucle con bloqueo de fase , Prentice Hall, ISBN 0-13-662743-9 , páginas 95-105 

  • Adler, Robert (junio de 1946). "Un estudio de los fenómenos de bloqueo en osciladores". Actas de la IRE . 34 (6): 351–357. doi : 10.1109 / JRPROC.1946.229930 .
  • Kurokawa, K. (octubre de 1973). "Bloqueo por inyección de osciladores de estado sólido de microondas". Actas del IEEE . 61 (10): 1386-1410. doi : 10.1109 / PROC.1973.9293 .

* Lee, Thomas H. 2004. El diseño de circuitos integrados de radiofrecuencia CMOS , Cambridge, ISBN 0-521-83539-9 , páginas 563–566 

Enlaces externos [ editar ]

  • Demostración de bloqueo de inyección.
  • Bloqueo de inyección de 100 metrónomos