PLL Baustein 4046

[PICture]

Hallo!

Wie sehen die Austaster aus? Wenn nur die Nadelimpulse auftreten zeigt es, dass nur die Phasen der beiden Frequenzen sich unterscheiden, die Frequenzen aber gleich sind. Richtiger Aussetzer ist erst dann, wenn das Signal vom Phasenkomparator längar als eine Periode der Fref gleich GND oder VCC bleibt.

Den Phasenunterschied gibt es bei PLL immer und ist für solche Schaltung ganz normal. Die Phasennachregelungen stellen der Jitter der Frequenz dar, treten bei jedem PLL immer auf und zeigen, dass das PLL eingerastet bleibt.

Wenn nur die Phase sich ändert, bleibt die Frequenz des VCOs gleich Fvco/N = Fref +/- 180 °. Besser kann es beim PLL nicht sein und das muss man in Kauf nehmen oder andere Lösung annehmen.

MfG

[Manf]

Ich würde das Einschwingverhalten testen und am Loopfilter abgleichen.
An den Endpunkten des Bereichs hat der VCO vielleicht unterschiedliche Steilheit, seine Arbeitspunkt sollte nicht ganz an der Grenze des Bereichs liegen, aber gut voneinander getrennt. 100k - 1M könnten gehen, vielleicht reichen auch 800k für den oberen Wert.

Es ist sicher sinnvoll, die Phasenverschiebung über den Einschwingvorgang am Oszillografen aufzunehmen. Mit einem EXOR Gatter (auch mit dem internen) und mit Tiefpass sollte es möglich sein, den Phasenverlauf z.B. beim Umschalten der Referenzfrequenz in eine Spannung umzuwandeln und anzuzeigen.

Die Abweichung von den Datenblattwerten habe ich auch schon bemerkt, bei den relativ hohen Frequenzen für diesen VCO, aber bei konstantem Aufbau sollte die Schaltung dann stabil sein.

[PICture]

Um großen Bereich der Frequenzen ohne Umschalten abzudecken, wird oft eine Lösung mit zwei HF Oszillatoren und balansiertem Mischer benutzt. Den nutzlichen Frequenzbereich ergibt dann eine Differenz der Frequenzen. Eine kommt vom stabilem Quarzoszillator und die zweite aus einer PLL Schaltung.

Beispielweise um Frequenzen 1 Hz bis 1 MHz zu bekommen, nimmt man ein Quarzoszillator 2 MHz und substrahiert durch PLL erzeugte Frequenzen 1.. 2 MHz. So kann man, wie im Beispiel, ein Verhältniss 1 000 000 : 1 mit VCO 2 : 1 erreichen.

Das alles lässt sich aber nur für nicht rechteckige Signale nutzen. Am Ende könnte man natürlich durch einen Schmitt-Trigger ein Sinus ins Rechteck umwandeln.

MfG

[Besserwessi]

Wie sehen denn die Anforderungen genau aus ? Wenn man weiss wo man hin muß wird es einfacher eine funktionierende Lösung zu finden.

Ein paar mögliche Ansätze haben wird jetzt schon:
1) DDS mit Filter und Komperator
2) DDS mit PLL dahinter
3) 2 Frequenzen mit Mischer für Differenzfrequenz (1 x Quarz, 1 x PLL)
4) PLL mit Bereichsumschaltung (könnte gehen, aber Jitter ist noch ein Porblem)

Wenn die Anforderungen nicht so hoch sind gibts noch ein paar mehr Wege.

[hacker]

Hallo,

Wie sehen die Austaster aus?

Feine Nadelimpulse stellen den eingerasteten Zustand dar. Beim Ausrasten kann ich wilde Sprünge zwischen GND und VCC kurzzeitig beobachten, bis sich die PLL wieder "gefangen" hat. Diese sind dann vorrübergehend länger als eine Periode.
Ich zeige dies mittels einer LED an mit Pufferung durch einen Kondensator, sodass die feinen Nadelimpulse nicht zum Leuchten der LED führen.

Du redest von dem Jitter, als dieser recht groß ist, ich kann am Oszi in meinem Frequenzbereich aber absolut kein Jitter beobachten, gestochen scharfes Bild ohne Murren und Zuckungen.

Ich würde das Einschwingverhalten testen und am Loopfilter abgleichen.

Das Einschwingverhalten der PLL greift doch eigentlich nur bei einer vorgegebenen Frequenzänderung oder beim Start oder? Hier hab ich aber absolut keine Probleme. Es kam nie vor, dass die PLL nicht einrasten wollte nach einer Frequenzänderung. Die Aussetzer kamen stehts bei schon seit Minuten und Stunden eingerasteten PLL. Auch die Einschwingdauer ist für mich extrem kurz (muss nicht sein, ist aber ein schöner Effekt, dass ich nicht ne Sekunde auf meine Frequenz warten muss)

An den Endpunkten des Bereichs hat der VCO vielleicht unterschiedliche Steilheit, seine Arbeitspunkt sollte nicht ganz an der Grenze des Bereichs liegen, aber gut voneinander getrennt. 100k - 1M könnten gehen, vielleicht reichen auch 800k für den oberen Wert.

Dem bin ich sofort nachgegangen. Nachdem ein nochmaliges exakteres Ausmessen des eingestellten Frequenzbereiches des VCO nur eine Frequenz bis ca. 750kHz ergab, hab ich den Bereich gleich mal nach oben hin erweitert, da auch die sporadischen Kurzaussetzer (und vorhin ein etwas längerer) nur bei meinem F_max = 655kHz auftraten. Seitdem hab ich keinen Aussetzer mehr feststellen können (letzte halbe Stunde).


Aber wieso kann es eigentlich passieren, dass ein eingerastetes PLL plötzlich aus dem Tritt kommt? Was könnten dafür Gründe sein?

Ein doch falsch dimensionierter Loopfilter müsste sich doch gleich zeigen oder?



Vielen Dank für die ganzen weiteren Ansätze. Jedoch möchte ich (vorerst) bei der PLL mit dem 4046 bleiben, da mir diese Lösung, falls sie stabil läuft, ausreichend gut wäre.

Ich würde mich also sehr freuen, wenn wir gemeinsam die PLL stabil bekommen.

Grüße,
hacker

[PICture]

Hallo!

Die Aussetzer nach dem Einrasten des PLLs sind eine Folge dessen, dass der Loop-Filter zu träge ist und erlaubt nicht genug schnell die Phase im Bereich +/- 180° zu halten.

Am besten, wenn du schon experimentierst, versuch einfachen Loop-Filter (Tiefpass) mit nur einem R und einem C. Auf dem Oszilloskop sollten ganze Zeit die Nadelimpulsw sichtbar sein, wenn das PLL eingelockt ist, da sie zeigen, dass PLL ganze Zeit die Phase nachregelt.

In Radios sind keine Filter höherer Ordnung verwendet. Die Grenzfrequenz des Filters sollte an die Fref so angepasst werden, dass die Welligkeit nicht zu groß und die Verzögerug der Reaktion des PLLs auf Phasenänderung genug schnell ist. Es ist eine Kompromislösung gefragt und die lässt sich am schnellsten experimental ermitteln, anstatt viel zu rechnen, vor allem wen man nicht große Erfahrung damit hat.

Ich bin selber dafür interresiert eine gute PLL zu bauen, weil ich es zukünftig für stabile Oszillatoren mit änderbarer Frequenz für µCs brauchen werde.

MfG

[Manf]

Ich würde das Einschwingverhalten testen und am Loopfilter abgleichen.

Das Einschwingverhalten der PLL greift doch eigentlich nur bei einer vorgegebenen Frequenzänderung oder beim Start oder?

Wenn die Schaltung stabil läuft ist es gut. -
Nur wie stabil läuft sie? und wie ragiert sie auf Störungen wie auch Rauschen.
Der Regelkreis hat eine Stabilität die am einfachsten durch Beobachten von Reaktionen auf periodische kleine Sollwertsprünge getest wird.
Wenn Du eine solche Testmöglichkeit wie mit einem EXOR Gatter und Tiefpass vorsiehst und eine periodosche Störung einbringst wirst Du sicher gleich sehen wie es läuft.
Mit der Methode kannst Du dann auch leicht den Tiefpass mit oder ohne Zusatzglieder beurteilen. Ein reiner Tiefpass schafft es zwar, er ist aber eher an der Schwinggrenze und kann durch die angegebene Schaltung ein Stück verbessert werden.

[Besserwessi]

Einen schlechten Loopfilter kann man am Einschwingverhalten erkennen. Das VCO signal macht dann deutliche Überschwinger und braucht lange um sich zu Stabilisieren. Zu schnell sollte der Loopfilter auch nicht sein, denn sonst kommen die Störungen von den kurzen Pulsen mit durch und man hat einen Art Jitter.


Der Phasencomperator 2, das ist der mit dem 3 möglichen Ausgangszuständen, reagiert relativ empfindlich auf Überschwinger oder unsauberes Signal. Eine kurze Störung am Eingang kann zu einer relative großen Störung am Ausgang führen und damit den PLL ganz aus dem Tritt bringen. Der einfache Phasenkomperator mit dem XOR ist da weniger empfindlich, der ist aber schlechter, um das signal erstmal überhaupt zu fangen.
Ursache für die Störungen können eine schlechte entkopplung der Versorgung, lange Leitungen oder ein unsauberes Eingangssignal sein.

[PICture]

Ich würde empfehlen sich einiges in dem Datenblatt anzuschauen, vor allem den üblichen aktiven Loop-Filter auf der Seite 23 (Fig.9).

http://www.datasheetcatalog.org/data.../250186_DS.pdf

MfG

[Besserwessi]

Der Filter beim 4046 sollte nicht invertierend sein, zumindestens beim Phase Komperator 2 (= Freq. Komperator). Der einfache andere Phasen- Komperator ist hier wegen des großen Frequenzbereichs eher ungeeignet.

Ein Filter erster Ordnung ist zwar einfacher aber, hat das problem, das die Pulse immer ein wenig mit auf den VCO durchkommen. Gerade bei dem großen Frequenzverhältnis ist das nicht gut und führt zu einer Frequenzmodulation. Der 4046 geht eigentlich ganz gut auch mit einem passiven Filter.