基于CD4046鎖相環的頻率合成計報告

ID:369759 · 發表于 2018-7-11 21:16

這個是一個基于CD4046鎖相環的頻率合成器實驗，其中重點描寫了調試過程，計分模塊調試和聯合調試及調試過程中遇到的問題及解決方法。

課程設計報告
題目：頻率合成器
課程名稱：大規模IC應用技術
學院：    工學院

設計題目
  基于cd4046鎖相環的頻率合成器
學生姓名

所在學院

專業、年級、班

設計要求：

（1）設計制作一個頻率步進100hz的頻率合成器；
（2）頻率抖動不超過100hz；
（3）頻率范圍在300-400k。

學生應完成的任務：
（1）理解頻率合成器設計任務，并查閱相關文獻資料；
（2）確定任務設計方案，進行方案論證、比較，確定總體設計方案；
（3）開始設計模塊電路，并計算參數，以及選擇適當的元器件；
（4）根據確定的方案進行PCB制板、安裝、焊接、調試，驗證各項技術指標；
（5）按課程設計指導書的要求，編寫課程設計報告書。

參考文獻：
1．《模擬電子技術基礎》,童詩白,高等教育出版社.
2．《電子線路設計與應用》,臧春華,高等教育出版社.
3．《電子線路》（第四版）,謝嘉奎,高等教育出版社.
4．《CMOS集成電路應用設計》,羅國新,福建科技出版社.

工作計劃：
收集文獻資料       理解設計任務，查閱相關文獻                一天
確定設計方案       方案論證、比較，確定總體設計方案          二天
單元電路設計       設計模塊電路，計算參數，器件選擇          三天
組裝調試          根據確定的方案安裝調試，驗證各項技術指標二天
課程設計說明書    按課程設計指導書的要求，編寫設計報告書    二天

基于cd4046鎖相環的頻率合成器設計

摘要：CD406鎖相環頻率合成器以CD4046芯片為核心，加以外圍電路搭建而成的一個以一個頻率為標準，可以輸出多個頻率，并且十分的準確穩定，適用于很多領域。
本次實驗的頻率合成器是最基礎的應用，沒有非常好的性能，只是一個剛入門的新手的試驗電路，并不能運用于日常生活。同時準確度與穩定性也相對較低。

目錄

1. 設計背景
1.1設計的目的
1.2設計的要求
2. 設計方案
2.1設計原理圖
2.2設計PCB
3. 方案實施
3.1 PCB的制作
3.3元器件焊接
3.3 電路板調試
4. 結果與結論
4.1 實驗結果
4.2 實驗結論
5. 收獲與致謝
6. 參考文獻

1. 設計背景1.1設計的目的

可以熟練運用鎖相環模塊
理解鎖相環各個參數的作用
學會根據不同的情況去調整鎖相環不同的參數

1.2設計的要求

1、設計制作一個頻率步進100hz的頻率合成器；

2、頻率抖動不超過100hz；

3、頻率范圍在300-400k。

2. 設計方案
2.1設計原理圖

先由晶振產生一個8MHz的信號，經過80000分頻變為100Hz的信號；然后輸入CD4046的14腳（相位比較器2），VCO的輸出信號經過N分頻后變為需要得到的信號頻率再輸入到4046的3腳與100Hz的信號進行對比，最后兩個信號頻差位0時即可得到我們需要的信號。

2.1.1晶振原理圖

以8M晶振為核心搭建的一個能輸出8MHz信號的模塊。

2.1.2 M分頻

M分頻模塊是以5個4522芯片為核心，輔以74ls08和74ls04搭建的一個80000分頻模塊。對晶振的8MHz信號進行分頻變為100Hz信號。

2.1.3鎖相環

該模塊是在上一個實驗的基礎上加以更改后得到的。因為實驗要求是300k~400k的帶寬，電壓為10V，但我們做出來的電路板必然會存在誤差，所以吸收以前的教訓，我們將帶寬變寬，變為200k~500k，這樣上下都有100k的誤差范圍就可以在一定范圍內抵消讀數、焊接、制板和環境帶來的誤差，從而更好的達到實驗要求。

圖一

圖二

我們已知R2=10k，fmin=200k，fmax=500k，Vcc=10V,由圖一可知，C1大約在15pF左右。fmax/fmin=2.5，所以R2/R1=2，所以R1=5K。R3與C2的值可以通過公式計算得出，2fc=2fl=300k，所以τ=1/300000π=0.00000106。此時取 R3=1k，C2可以用1nF。為了以防萬一我在R1和R3后面又接了滑阻，方便更改。

2.1.4N 分頻

在4522的基礎上加上撥碼開關，通過撥碼開關控制分頻大小。

2.2設計PCB

晶振及M分頻PCB圖

鎖相環及N分頻PCB圖

其中紅線部分為頂層線路，藍色部分為底層線路，又因為是單層板，所以紅線部分預留出排針焊盤然后通過飛線連接。

3. 方案實施3.1 PCB的制作

將圖打印到油印紙上
將圖裁下來與板貼在一起放進熱轉印儀上，來回4-5遍
將油印紙撕下，看線路是否完整，將板放入腐蝕液中腐蝕
腐蝕完將碳磨掉，將板清洗干凈
對應焊盤打孔

3.3元器件焊接

對應原理圖與PCB圖，將原件一個個焊接上，最好是按順序焊接，這樣可以檢查一遍電路；也可以按原件的大小焊接，先焊接小原件，最后焊接大原件，這樣會方便很多。

3.3 電路板調試3.3.1分模塊調試

1、晶振調試

接入5V電源，接地，輸出接示波器，觀察到8MHz的波形，該模塊度歐式確定的，只要不是焊接出錯，一般都不會出問題

M分頻調試

接入5V電源，從函發上接入8MHz，Vpp=10V的信號，輸出接示波器，觀察到100.2Hz的信號。這里會有一點誤差，但想不出辦法消除，因為0.2Hz的誤差有很大可能是焊接及環境影響等不可調因素影響的，很難改變。

鎖相環調試

接入10V電源，將3,4腳接一起，函發接輸入，輸出接示波器，先將函發設置為1kHz，Vpp=10V，示波器顯示為221.2kHz，將函發的頻率以5k的頻率步進，測試一下鎖相環的鎖定范圍是否能達到400kHz，最后鎖相環失鎖在485.3kHz，鎖相環鎖定范圍在221.2kHz~485.3kHz，包括了300k~400kHz，所以達成目標。

將頻率分別調為301.3kHz，349.8kHz，399.5kHz，鎖相環都可以鎖住。

N分頻調試

接入5V電源，函發接輸入端，輸出端接示波器。，函發設置為100kHz，撥動撥碼開關，將個十百千位都撥幾遍，觀察到分頻出正確的頻率。

3.3.2合成調試

現將晶振模塊接電源，輸出接示波器，觀察到8MHz的波形；將晶振輸出接入M分頻，M分頻接入5V電源，輸出接示波器，觀察到100.3Hz的頻率，有0.3Hz的誤差存在。到這里可以確定晶振加M分頻基本沒問題，接下來測鎖相環加N分頻模塊。先單側鎖相環模塊，再次確定鎖相環模塊是沒問題的，將鎖相環模塊與N分頻模塊接在一起，接上電源，給鎖相環供電10V，N分頻供電5V，鎖相環輸入接函發，N分頻輸出接示波器，函發設置為100Hz，Vpp=10V，調整撥碼開關，將千位撥為1100即3000分頻。示波器顯示也為300.01k，在將百位撥為1010即500分頻，加上前面的3000分頻，即3500分頻，示波器顯示為350.03k，存在0.03k的誤差，在允許范圍內。最后將M分頻的輸出接鎖相環的輸入，開始總的測試。現將撥碼開關千位撥為1100，十位撥為1000，個位撥為1100，即301.3k，但示波器顯示為混亂的波形，這有可能是M分頻與鎖相環直接的問題，那么最大的可能就是鎖相環讀取不到信號，因為，只要能讀取到信號，那么示波器最起碼有一個穩定的波形，而不是混亂的波形，那么就需要給M分頻的輸出抬高電壓，這在做抬壓電路的話太麻煩，所以最直接的辦法就是給M分頻供電提高，這會有將芯片燒壞的風險，但芯片還有剩余，可以試試，然后我就供電提高到6V，還是不行，再提高到7V，這時示波器出現了波形，但頻率差了1K多，超出了誤差范圍。不行，但我覺得這是之前M分頻中那多余的0.3Hz造成的，要去除很難。后來想了一個取巧的辦法，就是在撥碼開關上下降1k的頻率來拉低最后的輸出，結果是可以的。

4. 結果與結論4.1 實驗結果