Pll Frequency Synthesizer.docx

PLL FREQUENCY SYNTHESIZER

I.TUJUAN 1. untuk mempelajari prinsip-prinsip dari sintesiser frekuensi. 2. Untuk mengukur karakteristik dari sintesiser frekuensi.

II. DASAR TEORI Dua buah sinyal dikatakan memiliki frekuesi yang sama bila beda fasa antara keduanya selalu tetap. Bila misalnya frekuensi VCO akan berubah maka beda fasa antara osilator kristal dan VCO akan berubah. Perubahan beda fasa ini kemudian oleh detektor fasa dikonversi menjadi perubahan tegangan eror. Tegangan eror berupa deretan pulsa-pulsa ini kemudian dilewatkan ke rangkaian Low Pass Fiter sehingg menjadi tegangan DC yang benar-benar rata. Selanjutnya perubahan tegangan DC yang sudah rata ini diberikan pada varaktor sehingga frekuensi VCO kembali seperti semula. Dengan cara ini diberikan varaktor sehingga VCO akan “terkunci” (locked) dan selalu sama dengan frekuensi osilator kristal. Berhubung osilator kristal sangat stabil maka frekuensi VCO dengan sendirinya akan ikut stabil. Inilah prinsip kerja PLL (gambar c).

Dalam gambar (d) frekuensi (fr) berasal dari osilator kristal yang telah dibagi (oleh rangkaian pembagi frekuensi) dengan bilangan pembagi = R. Semetar itu, sebelum dibandingkan dengan frekuensi referensi (fr), frekuensi output VCO (fo) juga dibagi dengan bilangan pembagi = N. Pada saat sistem PLL ini dalam keadaan terkunci (locked) maka fr = fo / atau dengan kata lain : fo = N . fr berdasarkan persamaan ini maka fo akan mudah dibuat variabel dengan mengubah besarnya bilangan N, dimana N adalah bilangan bulat dan fr adalah satuan terkecil dari perubahan fo. Satuan terkecil ini sering dibuat step. Dengan demikian mudah dihitung. Bila fr = 100 kHz maka fo = N. 100 kHz. Bila fr = 10 kHz maka fo = N. 10 kHz. Bila fr = 1 kHz maka fo = N. 1 kHz, dan seterusnya. 1

N adalah bilangan bulat, bukan pecahan dan N bisa bernilai 1 hingga tak terhingga. Dalam praktek umumnya N ditentukan oleh lebar frekuensi kerja VCO, karena tidak ada VCO yang mampu bekerja pada frekuensi ol hingga tak tehingga. Lebar frekuensi VCO ditentukan oleh karakteristik varaktor yang digunakan. Nilai kaasitansi varaktor dalam PLL ditentukan oleh tegangan eror yang dihasilkan detektor fas yang besarnya berkisar antar 0-5 volt, mengingat detektor fasa umumnya dibangun dari TTL (Transistor Transistor Logic) yang beroperasi pada tegangan 5 volt. Variasi tegangan eror ini akan menntukan lebar frekuensi kerja VCO. Terkadang variasi tegangan 0-5 volt sering dirasa kurang. Untuk mendapatkan variasi tegangan yang lebih besar (misalnya 0-5 volt) dibutuhkan sebuah DC Amplifier sehingga akan dperoleh frekuensi kerja VCO yang lebih besar. Dalam bahasa ini ialah percobaan menggunakan modul KL-93005 yaitu membahas mengenai frequency synthesizer. Frequency synthesizer sendiri merupakan suatu sumber frekuensi (frequency source) yang frekuensi outputnya sama dengan frekuensi input dikalikan suatu bilangan integer tertentu. Di dalam frequency synthesizer ini, tersusun beberapa blok rangkaian, antara lain PLL (Phase Locked Loop), VCO (Voltage Controlled Oscilator), phasedetectordan divide-N counter (rangkaian counter pembagi N). Gambar dari rangkaian modul KL 93005 frequency synthesizer seperti berikut

2

III. ALAT DAN BAHAN 1. Modul KL-92001 2. Modul KL-93005 3. Osiloskop dual trace

: 1 buah : 1 buah : 1 buah

IV. LANGKAH KERJA Percobaan 1 1. Untuk membangun sebuah tipe sintesis frekuensi, bagian sirkuit berikut diperlukan. a. Bagian Reference Frecuency b. Bagian PLL c. Bagian divide-by-N device Lihat pada modul PLL Frequency Synthesizer. 2. Pengukuran Referensi Frequency a. Letakan jumper pada posisi 2 b. Gunakan osiloskop, ukur dan catatlah gelombang dan frekuensinya pada titik uji Tabel 15-1 Percobaan 2 1. Pindahkan jumper pada posisi 2, dengan daya mati, atur VR1 = 10 KΩ dan VR2= 1,4 MΩ menggunakan multimeter. 2. Letakkan jumper di posisi 3 dan 6. Hidupkan daya 0-15 Volt DC dari KL-92001 pada TP6 (VCO IN). Ukur dan catat gelombang dan frekuensi untuk tegangan masukan dc yang berbeda di tabel 15-2. 3. Tandai tegangan VCO – karakteristik frekuensi pada gambar 15-16 cocokkan dengan hasil tabel 15-2. 4. Karakteristik tegangan frekuensi plot VCO pada gambar sesuia hasil pada tabel 15-2. 5. Tempatkan jumer pada posisi 7 (terhubung dengan VR2). Ulangi langkahlangkah (2) dan (3), catatlah hasilnya pada tabel 15-3. Percobaan 3 1. Letakkan jumper di posisi 2,3,4,6,7 dan 11. 2. Ukur dan catat frekuensi pada TP4, TP8 dan OUT untuk variasi harga BCD di tabel 15-4. 3. Pindahkan jumper dari posisi 3 ke posisi 4 ulangi langkah 2. 4. Pindahkan jumper dari posisi 4 ke posisi 5 ulangi langkah 2.

3

Percobaan 4 1. Letakan jumper di posisi 2,3,6,7 dan 11. 2. Ukur dan catat frekuensi pada U10 pin 4 ( fin ), TP7 ( fout ), dan TP8 untuk variasi harga BCD di tabel 15-5. 3. Pindahkan jumper dari posisi 3 ke posisi 4 ulangi langkah 2. 4. Pindahkan jumper dari posisi 4 ke posisi 5 ulangi langkah 2. Percobaan 5 1. Letakan jumper diposisi 2,5,6,7 dan 11. 2. Hubungkan scope input ke TP6. Ukur dan catat kurva reson transien dari synthesizer frekuensi untuk setiap perubahan tiba-tiba ada frekuensi masukan tabel 15-6. Untuk menghasilkan perubahan ferkuensi masukan yang tiba-tiba, dari 300 kHz sampai 400 kHz misalnya, beri nilai BCD ertama sampai 300 dan kemudian pindahkan ratusan thumbwheel sampai 400 tiba-tiba. Percobaan 6 1. Letakan jumer di posisi 2,3,6,7,8 dan 12. 2. Ukur dan catat frekuensi pada OUT, U7 pin1 dan U7 pin12 untuk variasi harga BCD di tabel 15-7. 3. Bandingkan sinyal U7 pin1 dengan OUT dan catat ppergeseran fasa sinyal U7 pin1 pada tabel 15-7. 4. Bandingkan sinyal U7 pin 12 dengan out dan catat ergeseran fasa sinyal U7 pin 12 pada tabel 15-7. 5. Indahkan jumper dari posisi 3 ke posisi 4 ulangi langkah 2-4. 6. Pndahkan jumper dari posisi 4 ke posisi 5 ulangi langkah 2-4. Percobaan 7 1. Letakkan jumer pada posisi 2,5,6,7,10 dan 13 2. Ukur dan catat frekuensi pada out (fo) dan U11 Pin 5 untuk variasi harga BCD di tabel 15-8.s

4

V. HASIL PENGAMATAN  Tabel 15-1 frequency measurement

Test point

Frekuensi 21.60 Hz 2.301 Hz 1.164 Hz 990.1 Hz 1.235 Hz 26.24 Hz 27.96 Hz 30.67 Hz 34.39 Hz 39.07 Hz 932.8 Hz 930.3 Hz 932.8 Hz 930.2 Hz 917.4 Hz

TP2 TP1 U2 Pin 12 U1 Pin 12 TP4 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

 Tabel 15-2 VCO input voltage vs output frequency characteristic. TP6 Input DC Voltage (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

OUT Out wavefrom dan frequency (kHz) 1.381 kHz 4.256 kHz 4.386 kHz 4.219 kHz 3.344 kHz 2.387 kHz 5.650 kHz 1.869 kHz 1.650 kHz 4.016 kHz 5.348 kHz

5

 Tabel 15-3 VCO input voltage vs output frequency characteristic (VR2 Connected) TP6 Input DC Voltage (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10

Output (output wavefrom dan frequency ) (kHz) 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz 1.289 kHz

6

 Tabel 15-4 phase comparator frequency.

Jumper Position

3

4

5

Setting Value 001 005 015 025 035 045 055 065 075 085 095 100 200 300 400 500 600 700 800 900 999

TP4 frequency 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz

7

TP8 frequency 12.82 kHz 7.69 kHz 2.56 kHz 1.54 kHz 1.1 kHz 853.2 Hz 693.5 Hz 560.8 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 500 Hz 264.8 Hz 179.3 Hz 134.7 Hz 108.0 Hz 90.25 Hz 77.28 Hz 68.87 Hz 61.20 Hz 55.25 Hz

Out frequency 72.8 Hz 72.22 Hz 72.23 Hz 72.25 Hz 72.22 Hz 72.26 Hz 72.24 Hz 72.61 Hz 84.88 Hz 94.35 Hz 101 kHz 109.6 kHz 109.5 kHz 109.3 kHz 109.8 kHz 109.1 kHz 109.6kHz 109.6kHz 109.6kHz 109.6kHz 106.6kHz

 Tabel 15-5 fin atau fout measurement

Jumper Position

3

4

5

Setting Value 001 005 015 025 035 045 055 065 075 085 095 100 200 300 400 500 600 700 800

TP4 frequency 71.43 kHz 71.41 kHz 83.26 kHz 71.41 kHz 71.60 kHz 71.43 kHz 71.40 kHz 71.43 kHz 63.10 kHz 62.73 kHz 62.50 kHz 59.30 kHz 19.07 kHz 23.00 kHz 24.20 kHz 26.50 kHz 26.00 kHz 28.12 kHz 26.15 kHz

TP8 frequency 72.88 kHz 321.5 Hz 49.25 Hz 162.5 Hz 84.42 Hz 27.35 Hz 52.25 Hz 59.64 Hz 12.40 Hz 104.7 Hz 46.14 Hz 78.93 Hz 171.2 Hz 58.68 Hz 3.00 Hz 1.06 kHz 603.8 kHz 371 Hz 293.8 Hz

Out frequency 6.16 kHz 7.40kHz 2.50 kHz 1.50 kHz 1.05 kHz 820.3 kHz 671.7 kHz 567.9 kHz 4.60 kHz 1.00 kHz 3.60 kHz 3.40 kHz 11.77 kHz 7.90 kHz 5.90 kHz 4.70 kHz 3.40 kHz 3.40 kHz 2.94 kHz

 Tabel 15-6 transient response of frequency synthesizer Input frequency (kHz) 100 to 200 200 to 300 300 to 400 400 to 500 500 to 600 600 to 700

Transient response -

-

8

 Tabel 15-7 phase comparator frequencies Jumper Position

3

4

5

Setting Value 001 002 003 004 005 010 020 030 040 045 050 055 060 065 070 075 080 085 090 095 100

TP4 frequency 73.40 kHz 76.41 kHz 74.70 kHz 88.70 kHz 91.60 kHz 687 kHz 683 kHz 692 kHz 684 kHz 68.57 kHz 68.90 kHz 695.4 kHz 2.50 MHz 4.97 MHz 4.80 MHz 4.89 MHz 5.00 MHz 5.00 MHz 4.89 MHz 4.84 MHz 2.43 MHz

TP8 frequency 73.60 kHz 73.60 kHz 73.72 kHz 73.72 kHz 73.68 kHz 631.5 kHz 886. 5 kHz 681 kHz 682 kHz 682.8 kHz 686.5kHz 687.8kHz 47.3 MHz 49.0 MHz 47.6 MHz 4.60 MHz 4.65 MHz 4.80 MHz 1.60 MHz 4.71 MHz 7.30 MHz

Out frequency 8.30 kHz 3.70 kHz 7.40 kHz 3.70 kHz 7.40 kHz 6.75 kHz 11.48 kHz 34.45 kHz 18.05 kHz 69.07kHz 22.95 kHz 69.0 kHz 472.1kHz 471.4kHz 471.7 kHz 471.0 kHz 472.1kHz 471.5 kHz 892.6 kHz 890.6 kHz 472 kHz

 Tabel 15-8. Frequency synthesiser with frequency converter Setting value 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313

OUT frequency 5.01MHz 5.00 MHz 4.98 MHz 4.98 MHz 4.98 MHz 4.99 MHz 4.97 MHz 4.96 MHz 4.98 MHz 4.97 MHz 4.98 MHz 4.97MHz 4.97MHz 4.97 MHz

9

U11 Pin 5 frequency 4.66 kHz 4.66 kHz 4.66 kHz 4.66 kHz 4.66 kHz 4.66 kHz 4.65kHz 4.65kHz 4.64 kHz 4.65kHz 4.66 kHz 4.65kHz 4.66 kHz 4.64 kHz