集成電路課程設計——鎖相環(huán)CD4046設計頻率合成器

1、集成電路實驗學號：110800316 姓名：蘇毅隼指導老師：羅國新2011年1月鎖相環(huán)CD4046設計頻率合成器實驗目的：設計一個基于 鎖相環(huán)CD4046設計頻率合成器范圍是10k100K,步進為1K設計和制作步驟：確定電路形式，畫出電路圖。計算電路元件參數(shù)并選取元件。組裝焊接電路。調(diào)試并測量電路性能。確定電路組成方案原理框圖如下，鎖相環(huán)路對穩(wěn)定度的參考振動器鎖定，環(huán)內(nèi)申接可編程的 分頻器，通過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頻率fl, 經(jīng)固定分頻后（M分頻）得到 基準頻率fl',輸入鎖相環(huán)的相 位比較器（PC）。鎖相環(huán)的VCO 輸出信號經(jīng)可

2、編程分頻器（N分頻） 后輸入到PC的另一端，這兩個信號進行相位比較，當鎖相環(huán)路鎖定后得到:（f'1為基準頻率）率f2。f1/M=f1 '=f2/N 故 f2=Nf'1當N變化時，就可以得到一系列的輸出頻 設計方法（一）、振蕩源的設計用CMOS1非門和1M晶體組成 1MHzI蕩器，如圖14。圖中Rf使 F1工作于線性放大區(qū)。晶體的等效 電感，C1、C2構成諧振回路。C1、 C2可利用器件的分布電容不另接。F1、F2、F3使用 CD4049（二）、N分頻的設計N分頻采用CD40103!行分頻。CD401031 BCDK 8位分頻器。采用8位撥碼開關控制分頻大小。輸入的二進制

3、大小即為分頻器N分頻。圖中RP1為1K排阻8（三）、1KH刖準信號源設計（即M分頻的設計）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個計數(shù)器）組成一個1000分頻器，也就是三個十分頻器， 這樣信號變?yōu)?Khz.再經(jīng)過雙D觸發(fā)器，這樣就可把2MHz勺晶振信號變成500hz 的標準信號。如下圖所示：13腳接低通濾波器（四）4046鎖相環(huán)的設計鎖相環(huán)4046為主芯片。電路圖如下：500Hz信號從14腳輸入。3 腳4腳接N分頻電路，即40103分頻電路鎖相環(huán)參數(shù)設計本設計中，M固定，N可變。基準頻率f'1 定為1KHz,改變N值，使N=19

4、99則可產(chǎn)生 f2=1KHz 999KHz的頻率范圍。鎖相環(huán)鎖存范圍：fmax=100KHzfmin=1KHz使用相位比較器 PC2由下圖大概確定由VDD=5姓定，R1=10KR2=£窮大，即不接，得約C1=600p左右。由T1=R3*C2 右邊公式C2=300pF, R3=10K Q(sjJsnsEII =7 由上述分析可得總設計電路圖電路板制作根據(jù)設計出來的原理圖，用alter designer進行Pcb的設計，得出Pcb如下圖。畫完 檢查下板看是否有錯，如果沒有錯就直接進行 PCb的制作，將板制作完成后，將 電路上的元件焊接下去，檢查是否有虛焊、漏焊。焊完成品如下圖當一切完成后

5、 最后進行板的調(diào)試。調(diào)試步驟：本實驗電路采用分模塊設計，所以調(diào)試時采用分模塊調(diào)試，每個模塊調(diào)試成 功后，將整個電路進行連接，最終得到實驗總電路，最后進行測試輸出結果。首先測試的是晶振模塊，接入+5V電源，測試晶振模塊輸出，用示波器進行 檢測，當示波器顯示輸出2Mhz方波時，表示輸出正常。接下來測試1000分頻器 4518, 4518由兩個10進制分頻器組成，兩片構成1000分頻。當4518輸出2KHz 時，表示該模塊正常。接下來測試雙 D觸發(fā)器模塊，由于D觸發(fā)器，兩個D觸發(fā) 器構成4分頻，當輸出結果為500Hz時，表示正常。再測試40103分頻器模塊， 40103為8為二進制分頻器，將上面45

6、18的2K信號輸入進行測試，當輸出的頻 率與撥碼開關值加一再乘以兩倍時，表示一切正常。最后將幾個模塊聯(lián)合起來， 進行測試4046鎖相環(huán)的測試，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，調(diào)試完成。測試結果：撥動撥碼盤，測輸出頻率撥碼盤輸出頻率f （Hz）0000000100010000000000100010000000000100010000000000100010000000心得體會：開始時，輸出一直沒有信號然后我分模塊檢查電路， 一級一級的檢查。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

7、個模塊出了問題。檢 查結果發(fā)現(xiàn)振蕩源不起振，經(jīng)過認真檢查了電路，后來發(fā)現(xiàn)晶振壞了。2、振蕩源起振后，輸出仍然沒有信號1）檢查M分頻，用示波器觀察4518各級分頻器的輸出信號，輸出結果為 1KHz,顯然M分頻模塊正常工作。2）檢查鎖相環(huán)部分，斷開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KH-幾百KHz 的CMOSS號，4046的（4）腳輸出信號能跟蹤（14）腳輸入信號，所以鎖相部 分也正常。3）檢查N分頻，用函發(fā)源直接給4522的輸入端輸入100kHz信號，把撥碼盤 撥為100,觀察輸出信號是否為1KHz,結果發(fā)現(xiàn)沒有輸出信號，可以判斷問題是 出在N分頻部分，然后搭成單級電路的方法檢查每片 4522是否正常，再接成級聯(lián)的，撥盤開關置為100 多，用示波器可以觀察到分頻器的輸入、輸出波形?？傊?jīng)過分模塊的檢測，電路的排查，我們發(fā)現(xiàn)了好多的問題，主要是pcb 電路布線的問題：電路板上好多管腳該連接的沒有連接，應該是在設計pcb的是后過急所引起的。于是，我們將所發(fā)現(xiàn)的問題進行解決，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，但是關鍵的鎖相環(huán)模塊還是存在問題。帶著這些問題，我們回到宿舍。經(jīng)過進一步的排查檢測，我們再次發(fā)現(xiàn)了一條少接的