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 oscilador. Este es el bloqueo de inyección. Cuando el segundo oscilador simplemente perturba al primero pero no lo captura, el efecto se llama inyección de tracción. 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 , permitiendo sincronizar el equipo con señales externas a un costo relativamente bajo. El bloqueo por 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 bucles de bloqueo de fase y los circuitos integrados de RF .
La tracción y el bloqueo de la inyección se pueden observar en numerosos sistemas físicos donde se acoplan pares de osciladores. Quizás el primero en documentar estos efectos fue Christiaan Huygens , el inventor del reloj de péndulo , quien se sorprendió al observar que dos relojes de péndulo que normalmente mantenían una hora ligeramente diferente, sin embargo, se sincronizaban perfectamente cuando se colgaban de una viga común. Los investigadores modernos han confirmado su sospecha de que los péndulos se acoplaban mediante pequeñas vibraciones de vaivén en la viga de madera. [1] Los dos relojes se bloquearon por inyección a una frecuencia común.
En un oscilador moderno controlado por voltaje, 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 los láseres grandes se puede purificar mediante inyección bloqueándolos con láseres de referencia de alta precisión (ver sembradora de inyección ).
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 jitter en PLL , con la entrada de una forma de onda sinusoidal pura. Se empleó en modo continuo de recuperación de datos y reloj (CDR) o recuperación de reloj para realizar la restauración del reloj con la ayuda de cualquiera de los circuitos de generación de impulsos anteriores para convertir datos sin retorno a cero (NRZ) en pseudorretorno a cero. (PRZ) [3] o circuito de retemporización no ideal que reside en el lado del transmisor para acoplar la señal del reloj a los datos. [4] A finales de la década de 2000, la OIT fue contratada para un plan de recuperación de relojes en modo ráfaga. [5]
La capacidad de bloquear la inyección es una propiedad inherente de todos los osciladores (electrónicos o no). Esta capacidad puede entenderse fundamentalmente como el efecto combinado de la periodicidad del oscilador con su autonomía. Específicamente, considere una inyección periódica (es decir, una perturbación externa) que avanza o retrasa la fase del oscilador en algún cambio de fase en cada ciclo de oscilación. Debido a la periodicidad del oscilador, este cambio de fase será el mismo de un ciclo a otro si el oscilador está bloqueado por inyección. Además, debido a la autonomía del oscilador, cada cambio de fase persiste indefinidamente. La combinación de estos dos efectos produce un cambio de fase fijo por ciclo de oscilación, lo que resulta en un cambio de frecuencia constante a lo largo del tiempo. Si la frecuencia de oscilación desplazada resultante coincide con la frecuencia de inyección, se dice que el oscilador está bloqueado por inyección. Sin embargo, si el cambio de frecuencia máximo que el oscilador puede experimentar debido a la inyección no es suficiente para hacer que las frecuencias de oscilación e inyección coincidan (es decir, la frecuencia de inyección está fuera del rango de bloqueo ), el oscilador sólo puede ser tirado por inyección (ver Tirando de inyección). [6]
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 hacia un oscilador a través de un sustrato concomitante con un bloqueo no deseado es un bloqueo por inyección no deseado.
El bloqueo de inyección también puede proporcionar un medio de ganancia con un bajo costo de energía en ciertas aplicaciones.
La inyección (también conocida como extracción de frecuencia) ocurre cuando una fuente de frecuencia que interfiere perturba un oscilador pero no puede bloquearlo por inyección. La frecuencia del oscilador es atraída hacia la fuente de frecuencia, como se puede ver en el espectrograma. La falla en el bloqueo puede deberse a un acoplamiento insuficiente o a que la frecuencia de la fuente de inyección se encuentra fuera de la ventana de bloqueo (también conocida como rango de bloqueo) del oscilador. La inyección de tracción corrompe fundamentalmente la periodicidad inherente de un oscilador.
El arrastre se ha utilizado para referirse al proceso de bloqueo de modo de osciladores accionados acoplados, que es el proceso mediante el cual dos sistemas oscilantes que interactúan , que tienen diferentes períodos cuando funcionan de forma independiente, asumen un período común. Los dos osciladores pueden estar sincrónicos , 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 observar, 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 " extraña simpatía ". Los dos relojes de péndulo se sincronizan y sus péndulos oscilan en direcciones opuestas, desfasados 180° , pero también pueden producirse estados de fase. El arrastre se produce 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 hasta 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 sobre las observaciones de Huygens muestra que una oscilación estable en 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. [7]
El bloqueo de modo entre osciladores accionados se puede demostrar fácilmente utilizando metrónomos mecánicos en una superficie común y fácilmente móvil. [8] [9] [10] Este bloqueo de modo es importante para muchos sistemas biológicos, incluido el funcionamiento adecuado de los marcapasos . [11]
El uso de la palabra arrastre en la literatura de física moderna 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 1980 aproximadamente, 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. [12] [13] [14]
* Wolaver, Dan H. 1991. Diseño de circuito de bucle de bloqueo de fase , Prentice Hall, ISBN 0-13-662743-9 , páginas 95-105
* Lee, Thomas H. 2004. El diseño de circuitos integrados de radiofrecuencia CMOS , Cambridge, ISBN 0-521-83539-9 , páginas 563–566
