Filtro para Lazo de Seguimiento de Fase - PLL

[lesr]

He construido un PLL con un divisor programable que fue publicado en la web y consta de las siguientes partes que lo voy a resumir en lo siguiente:

Diag bloques PLL.PNG
(11.63 kB, 614x299 - visto 1150 veces)

VCO.- Esta construido en base a compuertas cmos 74HC00 y está documentado en el artículo  de Texas Instruments scla007a. Alimentando el VCO de 1 a 5 Volt. da un rango de frecuencias de 1Mhz a 27Mhz. http://www.ti.com/lit/an/scla007a/scla007a.pdf

VCO HC AC MOS.PNG
(21.75 kB, 692x338 - visto 1223 veces)

Comparador de Fase.- Se usa solamente el comparador de fase 2 del integrado CD4046. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4046b.pdf

Divisor Programable.- Realizado con los contadores 74HC163

Oscilador de Referencia.- A través de este oscilador se pueden seleccionar una de cuatro frecuencias de referencia ( 5KHz, 2.5KHz, 1KHz y 0.5KHz ) para compararla con la señal que entrega el divisor programable y que son las entradas del comparador.

Filtro Paso Bajo.- Filtro pasivo de 3er orden

Filtro PLL.PNG
(25.56 kB, 658x309 - visto 1438 veces)

El tema pasa por lo siguiente: no puedo hacer que la frecuencia del VCO con el PLL suba más allá de los 8MHz, quiero que el PLL trabaje en el rango de 16MHz a 17MHz.

Separadamente, al alimentar el VCO a través de un potenciómetro, he medido el consumo y el voltaje para las siguientes frecuencias:
8Mhz – 2mA – 2 Vol
16Mhz – 5mA – 3 Vol
27Mhz – 16mA – 5 Vol

El divisor programable funciona correctamente, ya que lo he probado con un oscilador fijo ( 24Mhz ) y también con contadores 74AC163 y las divisiones son correctas.

Pienso que el comparador de fase 2 del CD4046, no puede suministrar la corriente y tensión que necesita el VCO para llegar a la frecuencia requerida. De qué forma podría implementar un filtro activo? soy un aficionado a la electrónica y no tengo la formación académica de la materia en cuestión, soy autodidacta.

El probado el filtro con diferentes valores de diversas calculadoras que hay en la red y no he podido hacer subir la frecuencia. Los datos que he usado para el filtro paso bajos son:

17MHz Frecuencia Max VCO
16MHz Frecuencia Min VCO
10KHz Espacio entre canales
10Khz Ancho de banda
5Mhz/V sensibilidad del VCO
2mA Corriente de la bomba de carga

Saludos

[Eduardo2]

En el filtro de salida del 4046 tenés 100+180+180=460ohms de resistencias ==> jamás vas a poder alimentar algo con esos consumos.
--> Necesitás agregar un seguidor.  Lo mas sencillo es un transistor, solo que la máxima tensión va a ser ~4.3V. 
Para que llegue a 5V vas a tener que alimentar el 4046 con mas de 5V.

[lesr]

--> Necesitás agregar un seguidor.  Lo mas sencillo es un transistor, solo que la máxima tensión va a ser ~4.3V. 

Hola Eduardo,

El transistor estaría en la configuración colector común?

Saludos

[Eduardo2]

...
El transistor estaría en la configuración colector común?

Si, algo así:

4046.jpg
(13.25 kB, 480x251 - visto 909 veces)

En caso de necesitar una tensión muy cercana a 5V  vas a tener que alimentar el HC4046 con el máximo de tensión (6V)

Saludos.

[lesr]

Hola Eduardo,

. . . , quiero que el PLL trabaje en el rango de 16MHz a 17MHz.

Separadamente, al alimentar el VCO a través de un potenciómetro, he medido el consumo y el voltaje para las siguientes frecuencias:
8Mhz – 2mA – 2 Vol
16Mhz – 5mA – 3 Vol
27Mhz – 16mA – 5 Vol

La impedancia aproximada del VCO para los 16, 17 Mhz sería

Z= 3/0.005 =  600 Ohmios, ohmios mas, ohmios menos.

...
El transistor estaría en la configuración colector común?

Si, algo así:

 - Tienes que ingresar para ver archivos adjuntos -

He probado el siguiente circuito, en el cual R4 es la impedancia del VCO, el voltaje V(n002) es en el filtro pasa bajos y el voltaje V(n004) es en el emisor. Son valores de simulación en LTspice IV.

Los valores reales medidos en el circuito son:

Voltaje en el emisor 2.8 Volt.
Frecuencia del VCO 15.5 Mhz

No puedo hacer variar la frecuencia con el divisor, prácticamente se queda fija.

Polarizacion Tr.PNG
(27.4 kB, 696x753 - visto 1012 veces)

Saludos

[Eduardo2]

...
No puedo hacer variar la frecuencia con el divisor, prácticamente se queda fija.

Hola!   

El condensador C1 te está eliminando la componente continua de la señal.  Ahi  la componente continua que ve el VCO es la tensión de polarización.

Sacá C1 y las resistencias.   Que quede   SalidaFiltro-->base_transistor , emisor-->VCO  y un condensador en paralelo al VCO. 

[lesr]

Hola Eduardo,

El condensador C1 te está eliminando la componente continua de la señal.  Ahi  la componente continua que ve el VCO es la tensión de polarización.

Sacá C1 y las resistencias.   Que quede   SalidaFiltro-->base_transistor , emisor-->VCO  y un condensador en paralelo al VCO.

Conecte tal cual indicaste y los valores que me he medido ahora son:

Voltaje en el emisor 4 Volt.
Frecuencia del VCO 23.5 Mhz, la cual también permanece casi fija y no varia con el divisor.

Saludos

[Eduardo2]

...
Conecte tal cual indicaste y los valores que me he medido ahora son:

Voltaje en el emisor 4 Volt.
Frecuencia del VCO 23.5 Mhz, la cual también permanece casi fija y no varia con el divisor.
...

¿Pero eso en el circuito real o en la simulación?


Ya que usás LTSpice , aunque los parámetros son otros , yo me refiero a a esto:

4046-test1.jpg
(168.93 kB, 1363x651 - visto 937 veces)

CD4046_divider_by_4   es un ejemplo del grupo de Yahoo , lo único que hice fue agregar el transistor para aumentar la capacidad de corriente , modificar ligeramente la tensión de alimentación y achicar una R de 100k --> archivo 4046_test1

Si la tensión en el emisor es siempre 4V  el problema no es el transistor.  Si es una simulación subí los archivos.

[lesr]

Hola Eduardo,

...
Conecte tal cual indicaste y los valores que me he medido ahora son:

Voltaje en el emisor 4 Volt.
Frecuencia del VCO 23.5 Mhz, la cual también permanece casi fija y no varia con el divisor.
...

¿Pero eso en el circuito real o en la simulación?

Los valores medidos son en el circuito real, no he podido hacer la simulación en el LTspice ya que no trae el CD4046. Qué programa has usado para la simulación? Es de uso libre?

Saludos

[Eduardo2]

Hola! 

...
Los valores medidos son en el circuito real,

Estás usando un CD4046  o un 74HC4046 ?

no he podido hacer la simulación en el LTspice ya que no trae el CD4046. Qué programa has usado para la simulación?

Usé el mismo que vos (LTSpice)

En el grupo de Yahoo de LTSpice tenés para bajar modelos, circuitos , discusiones etc  (en la sección FILES. pero hay que registrarse).  De ahí bajé el ejemplo que puse.

Saludos

[lesr]

Hola Eduardo,

Estás usando un CD4046  o un 74HC4046 ?

Estoy usando el CD4046. Voy a variar los parámetros de los ejemplos que pusiste, voy ha usar la frecuencia de referencia que entra al comparador de un 1 KHz, y la otra usando una división de 17000, para la frecuencia del VCO de 17 Mhz.

Saludos y gracias por tu apoyo!

[Eduardo2]

...Estoy usando el CD4046. Voy a variar los parámetros de los ejemplos que pusiste, voy ha usar la frecuencia de referencia que entra al comparador de un 1 KHz, y la otra usando una división de 17000, para la frecuencia del VCO de 17 Mhz.
...

Ojo que el filtro es asunto delicado.   Una división grande de frecuencia implica un retardo grande en la fase ==> al realimentar resulta candidato a sistema inestable.   Aunque si te pasa eso lo ves inmediatamente en el osciloscopio.

[lesr]

Hola Eduardo,

Ojo que el filtro es asunto delicado.

Justamente es el motivo de este hilo o tema.

Una división grande de frecuencia implica un retardo grande en la fase ==> al realimentar resulta candidato a sistema inestable.   Aunque si te pasa eso lo ves inmediatamente en el osciloscopio.

Entonces voy a seleccionar la frecuencia de referencia de 5 KHz para la comparación,  y la división sería 3400 para los 17 Mhz.

Saludos