集成電路課程設(shè)計(jì)——鎖相環(huán)cd4046設(shè)計(jì)頻率合成器

1、<p><b>　　集</b></p><p><b>　　成</b></p><p><b>　　電</b></p><p><b>　　路</b></p><p><b>　　實(shí)</b></p><p

2、><b>　　驗(yàn)</b></p><p><b>　　報(bào)</b></p><p><b>　　告</b></p><p><b>　　2011年1月</b></p><p>　　鎖相環(huán)CD4046設(shè)計(jì)頻率合成器</p><p>

3、;　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸O(shè)計(jì)一個(gè)基于鎖相環(huán)CD4046設(shè)計(jì)頻率合成器</p><p>　　范圍是10k~100K，步進(jìn)為1K</p><p><b>　　設(shè)計(jì)和制作步驟：</b></p><p>　　確定電路形式，畫(huà)出電路圖。</p><p>　　計(jì)算電路元件參數(shù)并選取元件。</p><p><b&

4、gt;　　組裝焊接電路。</b></p><p>　　調(diào)試并測(cè)量電路性能。</p><p><b>　　確定電路組成方案</b></p><p>　　原理框圖如下，鎖相環(huán)路對(duì)穩(wěn)定度的參考振動(dòng)器鎖定，環(huán)內(nèi)串接可編程的分頻器，通過(guò)改變分頻器的分配比N，從而就得到N倍參考頻率的穩(wěn)定輸出。晶體振蕩器輸出的信號(hào)頻率f1，經(jīng)固定分頻后（M分頻）

5、得到基準(zhǔn)頻率f1’，輸入鎖相環(huán)的相位比較器（PC）。鎖相環(huán)的VCO輸出信號(hào)經(jīng)可編程分頻器（N分頻）后輸入到PC的另一端，這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行相位比較，當(dāng)鎖相環(huán)路鎖定后得到：</p><p>　　f1/M=f1’=f2/N 故 f2=Nf’1 (f’1為基準(zhǔn)頻率)</p><p>　　當(dāng)N變化時(shí)，就可以得到一系列的輸出頻率f2。</p><p>&l

6、t;b>　　設(shè)計(jì)方法</b></p><p>　?。ㄒ唬?、振蕩源的設(shè)計(jì)</p><p>　　用CMOS與非門(mén)和1M晶體組成 </p><p>　　1MHz振蕩器，如圖14。圖中Rf 使</p><p>　　F

7、1工作于線性放大區(qū)。晶體的等效</p><p>　　電感，C1、C2構(gòu)成諧振回路。C1、</p><p>　　C2可利用器件的分布電容不另接。</p><p>　　F1、F2、F3使用CD4049。</p><p>　?。ǘ?、N分頻的設(shè)計(jì)</p><p>　　N分頻采用CD40103進(jìn)行分頻。CD40103是BCD碼

8、8位分頻器。采用8位撥碼開(kāi)關(guān)控制分頻大小。輸入的二進(jìn)制大小即為分頻器N分頻。圖中RP1為1K排阻</p><p>　　（三）、1KHZ標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源設(shè)計(jì)（即M分頻的設(shè)計(jì)）</p><p>　　根據(jù)4518的輸出波形圖，可以看出4518包含二分頻、四分頻、十分頻，用二片CD4518（共4個(gè)計(jì)數(shù)器）組成一個(gè)1000分頻器，也就是三個(gè)十分頻器，</p><p>　　這樣信號(hào)變

9、為2Khz.再經(jīng)過(guò)雙D觸發(fā)器，這樣就可把2MHz的晶振信號(hào)變成500hz的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。如下圖所示：</p><p>　　（四） 4046鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)</p><p>　　鎖相環(huán)4046為主芯片。電路圖如下：500Hz 信號(hào)從14腳輸入。3腳4腳接N分頻電路，即40103分頻電路。13腳接低通濾波器。</p><p><b>　　鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)</b&g

10、t;</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，M固定，N可變?；鶞?zhǔn)頻率f’1定為1KHz，改變N值，使N=1~999，則可產(chǎn)生f2=1KHz—999KHz的頻率范圍。</p><p><b>　　鎖相環(huán)鎖存范圍：</b></p><p>　　fmax=100KHz</p><p><b>　　fmin=1KHz</

11、b></p><p>　　使用相位比較器PC2</p><p>　　由下圖大概確定由VDD=5V選定，R1=10K，</p><p>　　R2=無(wú)窮大,即不接，得約</p><p>　　C1=600p左右。</p><p>　　由T1=R3*C2 右邊公式 </p><p>　　C2≈3

12、00pF，R3=10KΩ</p><p>　　由上述分析可得總設(shè)計(jì)電路圖：</p><p><b>　　電路板制作 </b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)出來(lái)的原理圖，用alter designer 進(jìn)行Pcb的設(shè)計(jì)，得出Pcb如下圖。畫(huà)完檢查下板看是否有錯(cuò)，如果沒(méi)有錯(cuò)就直接進(jìn)行PCb的制作，將板制作完成后，將電路上的元件焊接下去，檢查是否有虛

13、焊、漏焊。焊完成品如下圖當(dāng)一切完成后最后進(jìn)行板的調(diào)試。</p><p><b>　　調(diào)試步驟：</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)電路采用分模塊設(shè)計(jì)，所以調(diào)試時(shí)采用分模塊調(diào)試，每個(gè)模塊調(diào)試成功后，將整個(gè)電路進(jìn)行連接，最終得到實(shí)驗(yàn)總電路，最后進(jìn)行測(cè)試輸出結(jié)果。</p><p>　　首先測(cè)試的是晶振模塊，接入+5V電源，測(cè)試晶振模塊輸出，用示波器進(jìn)

14、行檢測(cè)，當(dāng)示波器顯示輸出2Mhz方波時(shí)，表示輸出正常。接下來(lái)測(cè)試1000分頻器4518，4518由兩個(gè)10進(jìn)制分頻器組成，兩片構(gòu)成1000分頻。當(dāng)4518輸出2KHz 時(shí)，表示該模塊正常。接下來(lái)測(cè)試雙D觸發(fā)器模塊，由于D觸發(fā)器，兩個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成4分頻，當(dāng)輸出結(jié)果為500Hz 時(shí)，表示正常。再測(cè)試40103分頻器模塊，40103為8為二進(jìn)制分頻器，將上面4518的2K信號(hào)輸入進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)輸出的頻率與撥碼開(kāi)關(guān)值加一再乘以?xún)杀稌r(shí)，表示一切正常

15、。最后將幾個(gè)模塊聯(lián)合起來(lái)，進(jìn)行測(cè)試4046鎖相環(huán)的測(cè)試，調(diào)節(jié)4046振蕩器頻率上的電位器，使輸出波形穩(wěn)定，即上鎖。調(diào)節(jié)低通濾波器電位器，使輸出波形的頻率的截至頻率在100K左右時(shí)，調(diào)試完成。</p><p><b>　　測(cè)試結(jié)果：</b></p><p>　　撥動(dòng)撥碼盤(pán)，測(cè)輸出頻率</p><p><b>　　心得體會(huì)：</b&

16、gt;</p><p>　　開(kāi)始時(shí)，輸出一直沒(méi)有信號(hào)然后我分模塊檢查電路，一級(jí)一級(jí)的檢查。首先我先檢查了振蕩源，M分頻，N分頻及鎖相環(huán)模塊，先確定是那個(gè)模塊出了問(wèn)題。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)振蕩源不起振，經(jīng)過(guò)認(rèn)真檢查了電路，后來(lái)發(fā)現(xiàn)晶振壞了。</p><p>　　2、振蕩源起振后，輸出仍然沒(méi)有信號(hào)</p><p>　　1）檢查M分頻，用示波器觀察4518各級(jí)分頻器的輸出信號(hào)，輸

17、出結(jié)果為1KHz，顯然M分頻模塊正常工作。</p><p>　　2）檢查鎖相環(huán)部分，斷開(kāi)4046的鑒相器輸入端（3）腳和4522的連線，讓4046的（3）、（4）腳短接，即不分頻。4046的（14）腳輸入幾KHz～幾百KHz的CMOS信號(hào)，4046的（4）腳輸出信號(hào)能跟蹤（14）腳輸入信號(hào)，所以鎖相部分也正常。</p><p>　　3）檢查N分頻，用函發(fā)源直接給4522的輸入端輸入100k

18、HZ信號(hào)，把撥碼盤(pán)撥為100，觀察輸出信號(hào)是否為1KHz，結(jié)果發(fā)現(xiàn)沒(méi)有輸出信號(hào)，可以判斷問(wèn)題是出在N分頻部分，然后搭成單級(jí)電路的方法檢查每片4522是否正常，再接成級(jí)聯(lián)的，撥盤(pán)開(kāi)關(guān)置為100多，用示波器可以觀察到分頻器的輸入、輸出波形。</p><p>　　總之，經(jīng)過(guò)分模塊的檢測(cè)，電路的排查，我們發(fā)現(xiàn)了好多的問(wèn)題，主要是pcb電路布線的問(wèn)題：電路板上好多管腳該連接的沒(méi)有連接，應(yīng)該是在設(shè)計(jì)pcb的是后過(guò)急所引起的。

19、于是，我們將所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決，之后再次的調(diào)試，這次我們的振蕩模塊、M分頻模塊及N分頻模塊都工作成功，但是關(guān)鍵的鎖相環(huán)模塊還是存在問(wèn)題。帶著這些問(wèn)題，我們回到宿舍。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的排查檢測(cè)，我們?cè)俅伟l(fā)現(xiàn)了一條少接的線，重新接上后，鎖相環(huán)開(kāi)始工作了，但是頻率只能鎖到12K。于是，我們查看鎖相環(huán)原理，進(jìn)一步改進(jìn)我們鎖相環(huán)的外圍參數(shù)。這一次我們終于成功啦：我們的鎖定范圍2K～110KHz，步進(jìn)1K！看到我們測(cè)試結(jié)果，我們非常的高興，再一次體會(huì)到