4046 PLL Schleifenfilter Design

Hallo, ich möchte mittels einer 74HC4046 PLL einen Frequenzgenerator bauen. Als Frequenzteiler will ich einen 8253 Timer verwenden, da der auch im BCD Modus arbeiten kann. Erste Versuche mit der PLL waren teilweise erfolgreich, aber die erzeugte Frequenz mit starkem Jitter versehen. Ich habe mir heute mal den Beitrag aus dem ELKO angesehen, der sich mit der Problematik am Eingangsverstärker (Pin 14) befasst und werde die Eingangsspannung entsprechend konditionieren. Vermutlich aber ist die Dimensionierung des Schleifenfilters unpassend für den gewünschten Zweck. Don Lancaster schreibt, mit dem Breitbandcomparator wären Frequenzver- hältnisse bis 1000:1 möglich. In meinem Fall möchte ich von einer Referenz von 1kHz mit dem VCO Frequenzen von 1..999 kHz erzeugen. Hat jemand diesbezüglich Erfahrungswerte für die Dimensionierung des Schleifenfilters oder kann auf hilfreiche Seiten im Web verweisen? Ist ein Frequenzverhältnis von 1000:1 überhaupt mit brauchbarer Stabilität erzielbar oder sollte ich mich lieber mit max. 100:1 bescheiden?

Danke schon mal, Peter

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Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de
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Peter Heitzer
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Ich habe die Dimensionierung in meiner Applikation mit dem PLL Design Tool von Philips probiert, dabei kamen sehr hohe Werte für die Widerstände heraus. Es funktionierte weder damit vernünftig noch mit herunterskalierten Werten für die R's. Daraufhin habe ich mich traditionell an die Polstellen herangemacht, mit dem gleichen Misserfolg. Mein Zielbereich waren 10Hz-1MHz, wobei ich mich erstmal auf 1kHz-100kHz beschränkt habe. Wenn die Schleife bei 1kHz halbwegs schnell eingerastet ist, war der Phasenjitter bei 100kHz besch...., bei 500kHz wollte das Ding dann mit Sinus-Eingangssignal gar nicht mehr einrasten, mit schnellem Komparator davor war es unglaublich empfindlich auf Störungen im Eingangssignal. Mir kam es allerdings auch auf einen Phasenfehler in der Grössenordnung von 1% an, falls Dich das nicht interessiert:

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und dann unten bei PLL Design Assistance das Progrämmchen runterladen. Wie gesagt: damit geht es, nur hatte ich mir von einer Phase(!) Locked Loop besseres Phasenverhalten erwartet. Ich brauchte seinerzeit ein Rechtecksignal mit 0 oder 90 Grad Phasenbezug zum Sinus-Referenzsignal und habe das Problem nun mit Integrator und Komparator gelöst. Zwischendurch hatte ich statt des HC4046 dann nochmal einen HC9046, der hat einen anderen Komparatorausgang wenn ich mich richtig erinnere, macht alles etwas einfacher, aber nicht wirklich besser.

Ist möglich, nur - siehe oben...

Link siehe oben, R-Werte nach unten und C entsprechend hoch skalieren, falls die Werte abartig hoch werden.

Ja ist es, aber hart an der Grenze. Wenn Du bis 1MHz erzeugen willst, hast Du bei einer VCO-Steuerspannung von 4V einen VCO-Gain von

250kHz/V. Wenn Dein kHz dann auf 1Hz genau sein soll, sprechen wir von 4 Mikrovolt am VCO-Eingang!
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Stefan Huebner

Mir reichen 100 Hz Abweichung oder gar +/- 1 kHz, allerdings sollte die Frequenz schon stabil sein. Bei niederen Frequenzen könnte ich auf die PLL verzichten und mit dem 16Bit Teiler alleine arbeiten. 0.1% Abweichung sollten damit erreichbar sein und das würde mir reichen.

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Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de
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Peter Heitzer

Wenn Du den Frequenzteiler mit einer konstanten Frequenz fütterst, kommt dann eine saubere, stabile Frequenz raus oder womöglich Pulsgruppen mit Löchern oder Jitter?

Gruß, Gerhard

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Gerhard Hoffmann

Der Teiler arbeitet sauber. Auch die _Frequenz_ am VCO Ausgang ist exakt ein Vielfaches, aber auf dem Oszilloskop kriege ich kein stabiles Bild. An Pin 1 sind auch keine Nadelimpulse sondern ca. 50% Dutycycle zu sehen. Ich muß mal die Empfehlungen zur Dimensionierung im HC4046 Datenblatt durchprobieren.

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Peter Heitzer
20:1 w=E4re wohl eher praktikabel. Es gab da mal eine sch=F6ne applikation in der ELO-Zeitschrift (Franzis-Verlag) Anfang der 90er Jahre.

Da wurde kurz auf die Einschwingzeit und den Jitter eingegangen. Fazit war eine Beschr=E4nkung auf geringe Variation (10:1 bis 20:1).

100:1 oder mehr kannst du sicher erreichen, aber dann w=FCrde ich an Deiner Stelle auch gleich das Schleifenfilter umschaltbar machen. Die Information kann der Mikrocontroller sicher mitausgeben, Ports sind vorhanden bzw. Programmierung sind nun wirklich kein Hexenwerk.

Ich habe das mal in reiner Hardware f=FCr den 4046 und f=FCr 250:1 mit Gattern realisiert, ware IMHO 3 bis5 Nand-Verkn=FCpfungen f=FCr diesen Bereich. Ist nun schon mehr als 18 Jahre her, und die Schaltungen funzen immer noch :)

hth, Andreas

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tekamn

Wenn man der Teiler wert aendert, aendert sich auch das "loop gain" (wie heisst das auf Deutsch?) Wenn man es weit aendert, braucht man das Schleifenfilter auch gleichzeitig zu aendern. Es ist erklaert in Horrowitz & Hill.

Mein Vorschlag: Eine Frequenzverhaeltnis von 2:1 mit der PLL erzeugen, und danach runterteilen mal 2, 4, 8, 16 ... 256 oder 512. Dann hat man 1024:1 ohne schwierigkeiten.

74HC9046 ist besser als 74HC4046 (Phasencomparator hat kein "Backlash")

Chris

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Chris Jones

Für binäre Teilerverhältnisse brauche ich aber keine PLL. Ich möchte aber z.B. eine beliebige Frequenz von 1..100 kHz auf 0.1% genau erzeugen. Das ginge mittels Teiler nur, wenn eine Mutterfrequenz von über 100 MHz verwendet wird. Der 8253, den ich verwenden will, kann aber nur max. 2 MHz. Also bleibt letztlich nur der Weg mit der PLL.

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Peter Heitzer

Peter Heitzer schrieb:

Nochmal lesen. Deine PLL ist im Verhältnis 2:1 steuerbar (z.B. 200..400 kHz). Geteilt duch 2 kannst du damit 100..200 kHz erzeugen. Geteilt durch 4 kannst du damit 50..100 kHz erzeugen. Geteilt durch 8 kannst du damit 25..50 kHz erzeugen.

Na dämmerts?

Das Problem bei PLLs ist eben, dass man für hohe Frequenzauflösungen niedrige Vergleichsfrequenzen braucht (bei einstufiger Bauweise). Und dort schlägt der Jitter schnell ins Kontor. Neben anderen Problemen.

Nicht wirklich. Für solchen müden Gleichstrom nimmt man heute ne DDS. Da gibt keine Probleme mit Frequenzauflösung und nur wenig mit Jitter (naja, immer ne Frage der Ansprüche). Wenn es also darum geht, einen Generator zu bauen, nimm ne DDS. Wenn du aber im Wesentlichen mit PLLs basteln willst, denk mal über die Sachen oben nach.

MfG Falk

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Falk Brunner

Ja, jetzt schon. Ich habe am WE noch mal herumexperimentiert. Problematisch ist weniger das Schleifenfilter, sondern der Variationsbereich des VCOs, der bei der von mir verwendeten PLL (74hc4046a) kaum über 2:1 hinauskommt. Ich habe das mit dem Fangbereich etwas mißverstanden. Ein Frequenzverhältnis von 1000:1 ist in der Tat kein Problem, z.B. um 50 Hz zu vervielfachen. Wichtig ist aber, daß das Eingangssignal gut konditioniert ist. Mit dem Signal von einem Transistor funktionierte es überhaupt nicht (sah auf dem Oszi auch nicht so steilflankig aus). Auch nach einem HC14 Schmitt Trigger, dem via Widerstand eine Wechselspannung zugeführt wurde, ging es nicht, obwohl es am Oszi gut aussah. Erst als ich die Wechselspannung kapazitiv zuführte, klappte es.

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Peter Heitzer

Lies mal das da:

"PLL-Frequenzsynthesizer mit digitalem Potentiometer"

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Beachte vor allem das Kapitel "3.5 Das Loop-Tiefpassfilter".

Das ELKO entdecken ist immer gut... :-)))

Prima, das ich ein wichtiges Thema. Dieser Elektronik-Minikurs hat schon bei manchem einen Anfall verhindert, wie ich von Mails lesen konnte.

Wenn Du das Filter mathematisch exakt angehen willst, gibt es Formeln im Datenblatt des MC14046 von Motorola.

Das ist richtig, aber allerdings ist bei dieser hohen Sensivitaet die Sache mit dem Phasenjitter entsprechend kritischer, und die Stabilitaet vermutlich auch.

Dann schau Dir das einfach mal genau an:

"PLL-Frequenzsynthesizer mit digitalem Potentiometer"

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Gruss Thomas

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Meine Elektronik-Minikurse in:
   http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/
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Thomas Schaerer

Vielleicht hilft Natsemi AN-210 über Weitbereichs-PLL mit adaptiver Zeitkonstante.

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mfg Rolf Bombach
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Rolf_Bombach

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