Vaihelukitun silmukan suunnittelu ja toteutus
Harju, Henri (2019)
2019
Electrical Engineering
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-02-28
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201903081288
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201903081288
Tiivistelmä
Elektroniikan monissa sovellutuksissa tarvitaan oskillaattoreita, jotka tuottavat jaksollista signaalia tietyllä halutulla taajuudella. On suotavaa, että oskillointitaajuus on tarkka ja stabiili, mutta sillä on aina taipumus jonkin verran ajelehtia halutulta keskitaajuudeltaan. Tähän vaikuttaa mm. oskillaattorin käyttö- ja ohjausjännitteen vaihtelut, komponenttien ominaisuuksien muuttuminen lämpötilavaihteluiden takia ja muut satunnaiset kohinan aiheuttamat häiriöt. Myös kuormaimpedanssin muutos voi vaikuttaa merkittävästi oskillointitaajuuteen. Oskillointitaajuus voidaan saada kuitenkin merkittävästi stabiilimmaksi ja tarkemmaksi käyttämällä vaihelukittua silmukkaa (Phase Locked Loop, PLL).
Tässä työssä suunnitellaan ja toteutetaan vaihelukittu silmukka piirilevylle. Tyypillinen PLL koostuu kideoskillaattorista, vaihevertailijasta, taajuusjakajista, alipäästösuodattimesta sekä jänniteohjatusta oskillaattorista (Voltage Controlled Oscillator, VCO). Tämän kandidaatintyön kokeellinen osa perustuu hiljattain tehtyyn diplomityöhön [1], jossa esitettyä PLL:ää pyritään nyt edelleen parantamaan. Työn ensimmäisessä vaiheessa PLL:n eri lohkot rakennetaan koekytkentälevyille, jotta niiden analysointi ja suunnittelu olisi helpompaa. Kun koko systeemi on saatu toimimaan koekytkentälevyillä, se rakennetaan piirilevylle. PLL:n toimivuuden varmistamiseksi suoritetaan mittaukset, jotka dokumentoidaan.
Työn tuloksena on vaihelukittu PLL, jonka keskitaajuus on tarkka 96 MHz. PLL:n referenssioskillaatori toimii 3 MHz:llä, ja vaihevertailu tehdään 375 kHz:n taajuudella. Lähtöteho on 1,4 dBm 50 Ω:n kuormaan. Harmonisten taajuuksien taso on alle -23 dBc. Korkeimmat spurrit (spurious emission) ovat alle -33,5 dBc 1,5 MHz:n etäisyydellä perustaajuudesta (RBW = 100kHz). PLL on varustettu myös modulaatioportilla, jotta sitä voidaan käyttää esimerkiksi sellaisissa jatkotutkimuksissa, missä testataan PLL:n modulaatioherkkyyttä.
Avainsanat: vaihelukittu silmukka, PLL, VCO, vaihevertailija, kideoskillaattori, taajuusjakaja
Tässä työssä suunnitellaan ja toteutetaan vaihelukittu silmukka piirilevylle. Tyypillinen PLL koostuu kideoskillaattorista, vaihevertailijasta, taajuusjakajista, alipäästösuodattimesta sekä jänniteohjatusta oskillaattorista (Voltage Controlled Oscillator, VCO). Tämän kandidaatintyön kokeellinen osa perustuu hiljattain tehtyyn diplomityöhön [1], jossa esitettyä PLL:ää pyritään nyt edelleen parantamaan. Työn ensimmäisessä vaiheessa PLL:n eri lohkot rakennetaan koekytkentälevyille, jotta niiden analysointi ja suunnittelu olisi helpompaa. Kun koko systeemi on saatu toimimaan koekytkentälevyillä, se rakennetaan piirilevylle. PLL:n toimivuuden varmistamiseksi suoritetaan mittaukset, jotka dokumentoidaan.
Työn tuloksena on vaihelukittu PLL, jonka keskitaajuus on tarkka 96 MHz. PLL:n referenssioskillaatori toimii 3 MHz:llä, ja vaihevertailu tehdään 375 kHz:n taajuudella. Lähtöteho on 1,4 dBm 50 Ω:n kuormaan. Harmonisten taajuuksien taso on alle -23 dBc. Korkeimmat spurrit (spurious emission) ovat alle -33,5 dBc 1,5 MHz:n etäisyydellä perustaajuudesta (RBW = 100kHz). PLL on varustettu myös modulaatioportilla, jotta sitä voidaan käyttää esimerkiksi sellaisissa jatkotutkimuksissa, missä testataan PLL:n modulaatioherkkyyttä.
Avainsanat: vaihelukittu silmukka, PLL, VCO, vaihevertailija, kideoskillaattori, taajuusjakaja
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [6423]