Doepfer A-196 Phase Locked Loop (PLL)

El módulo A-196 contiene un llamado lazo de enganche de fase (phase locked loop - PLL). Un PLL consta de tres partes: oscilador controlado por voltaje (voltage-controlled oscillator - VCO), comparador de fase (phase comparator - PC) y filtro de paso bajo (low-pass filter - LPF). Normalmente, todas las partes están conectadas para formar un sistema de retroalimentación de frecuencia de lazo cerrado (closed-loop frequency-feedback system).

Así es como funciona un PLL: La salida del VCO interno (control CV lineal, salida de onda rectangular - rectangle output) se compara con una señal externa (por ejemplo, la salida de onda rectangular de un A-110 VCO) en el llamado comparador de fase (PC). La salida del comparador de fase es una señal digital (baja/alta/triestado - low/high/tristate) que indica si la frecuencia, respectivamente la diferencia de fase de las dos señales de entrada, es negativa, cero o positiva. La salida del comparador de fase es procesada por un filtro de paso bajo (LPF) para generar un voltaje suave que se utiliza para controlar la frecuencia del VCO interno.

Las 3 unidades (VCO, PC y LPF) forman un lazo de retroalimentación (feedback loop) que funciona de la siguiente manera: * El voltaje de control (salida del LPF) aumenta mientras la frecuencia externa sea más alta que la frecuencia del VCO interno y deja de aumentar cuando ambas frecuencias se vuelven idénticas. * El voltaje de control disminuye mientras la frecuencia externa sea más baja que la frecuencia del VCO interno y deja de disminuir cuando ambas frecuencias se vuelven idénticas.Pero hay algunos obstáculos: Se pueden fabricar diferentes tipos de comparadores de fase con ventajas y desventajas. Algunos comparadores de fase, por ejemplo, incluso se enganchan a armónicos (harmonics), es decir, si las dos frecuencias a comparar son múltiplos enteros. Pero para algunas aplicaciones, esto se puede usar para crear efectos interesantes.

El A-196 contiene 3 tipos diferentes de comparadores de fase: PC1 es una simple "exclusive OR" (OR exclusiva), que incluso se engancha a armónicos. PC2 es un llamado flipflop RS y PC3 una red de memoria digital más compleja. El usuario puede seleccionar uno de los tres comparadores de fase con un interruptor de 3 posiciones. Cuando se utiliza PC2, un LED muestra el estado de "enganchado" (locked state), es decir, cuando la frecuencia del VCO interno es idéntica a la frecuencia externa.

Se debe prestar especial atención a la frecuencia del LPF. Para obtener un voltaje de control suave para el VCO, la frecuencia del LPF tiene que ser mucho más pequeña que la frecuencia más baja de la señal de audio interna o externa. De lo contrario, la frecuencia del VCO interno se "sacudirá" o "tambaleará" (jitter or wobble) alrededor de la frecuencia correcta. Pero para efectos especiales, esta "sacudida de frecuencia" (frequency jitter) se puede usar intencionalmente.

Ejemplo: las frecuencias en el rango de 50Hz...1kHz tienen que ser procesadas con el PLL. Por lo tanto, la frecuencia del LPF tiene que ser de aproximadamente 10Hz o incluso menos. Una frecuencia tan baja del LPF provoca un notable retardo (slew) del VCO interno. Cuando la frecuencia de la señal externa salta, por ejemplo, entre 500Hz y 1kHz, tarda aproximadamente 0.1 segundos hasta que el VCO interno alcanza la nueva frecuencia (como portamento). Así que hay que encontrar un compromiso entre la "sacudida de frecuencia" (frequency jitter) y el portamento.

Pero estas observaciones son válidas solo para el PLL que funciona de manera "ideal". Dado que el A-196 se utiliza en un entorno musical, los "problemas" y las desventajas con la sacudida (jitter) y el tiempo de retardo (slew time) conducen a aplicaciones musicales adicionales como efectos de portamento, frecuencias "tambaleantes" (wobbling frequencies) o enganche armónico (harmonic locking) de acuerdo con el tipo de comparador de frecuencia y la constante de tiempo del filtro de paso bajo del PLL.

En lugar del filtro de paso bajo interno controlado manualmente, el limitador de retardo controlado por voltaje (voltage controlled slew limiter) A-171 se puede usar para obtener control de voltaje (voltage control) de este parámetro. Los filtros de audio normales (por ejemplo, A-120, A-121) no se pueden utilizar para esta tarea, ya que la frecuencia mínima es demasiado alta (es necesario bajar a unos pocos Hz o incluso menos) y la señal tiene que ser acoplada en DC (DC coupled) debido a las bajas frecuencias. Los filtros de audio son normalmente acoplados en AC (AC coupled).

Otra aplicación muy importante de un PLL es la multiplicación de frecuencia (frequency multiplication) en combinación con un divisor de frecuencia externo. Para esto, la salida del PLL-VCO se procesa a través de un divisor de frecuencia externo (por ejemplo, A-163, A-160, A-161, A-115) antes de ser alimentada a In1 del comparador de fase. En este caso, la frecuencia del PLL-VCO será un múltiplo de la frecuencia maestra. Por ejemplo, si se utiliza el A-163 y se ajusta a un factor de división 5, la frecuencia del PLL-VCO será 5 veces la frecuencia del VCO maestro. En consecuencia, la división de frecuencia (A-163) conduce a la multiplicación de frecuencia con el circuito PLL.

En combinación con la frecuencia de paso bajo del PLL, se pueden realizar varios efectos (multiplicación de frecuencia con portamento o "tambaleo" - wobbling). La multiplicación de frecuencia incluso se puede usar para impulsar un VCO gráfico (graphic VCO). Si su VCO gráfico, por ejemplo, tiene 8 pasos (por ejemplo, A-155) y utiliza un divisor de frecuencia con factor 8 en la retroalimentación del PLL (PLL feedback), la salida del VCO gráfico tiene la misma frecuencia que el VCO maestro.

Otra aplicación es la generación de pseudo-armónicos (no armónicos reales ya que solo están disponibles ondas rectangulares) o la generación de reloj para filtros de condensadores conmutados (switched-capacitor filters).

Los componentes del PLL están disponibles como bloques de construcción separados en el módulo A-196. El parche (patch) estándar del PLL se realiza mediante tomas normalizadas (normalized sockets). Pero también es posible utilizar cada componente por separado. Por ejemplo, el VCO se puede utilizar como un simple VCO con entrada de control lineal (linear control input) y salida de onda rectangular (rectangle output). Para esto, se debe alimentar un voltaje externo al zócalo de entrada CV. El VCO tiene dos controles: Offset y rango (interruptor). Como el VCO tiene una entrada de control lineal, la frecuencia bajará a cero (es decir, el VCO se detiene) si el CV de entrada es 0V. El control de offset se utiliza para ajustar la frecuencia más baja (es decir, la frecuencia para CV = 0V). El interruptor de rango (range switch) se utiliza para alternar entre 3 rangos de frecuencia. La posición del interruptor define la frecuencia máxima disponible.

Para otros tratamientos de la salida del comparador de fase (por ejemplo, con un filtro controlado por voltaje externo o cualquier otro módulo de procesamiento), la salida del comparador de fase está disponible. Lo mismo se aplica a la salida del LPF y a la entrada 1 del comparador de fase.

Hay que señalar que el A-196 es un módulo muy experimental y sus funciones no pueden describirse de forma directa como ocurre con otros módulos. Más bien, el usuario debe probar las posibilidades por ensayo y error.

Aplicaciones: * Multiplicación de frecuencia (frequency multiplication). * Efectos de sonido especiales (special sound effects). * Generación de señales de reloj para VCO gráfico (graphic VCO) (VCO de alta velocidad, por ejemplo, para A-155 como VCO gráfico). * Retardos de audio sincronizados (clocked audio delays) o filtro de condensadores conmutados (switched-capacitor filter).Modulando.cl sintesis modular eurorack para todo Chile