Elettronica per le telecomunicazioni

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1 POLITECNICO DI TORINO Elettronica per le telecomunicazioni Relazione di laboratorio Gruppo: A08 Antona Maria Gabriella Matricola: 482 Degno Angela Rita Matricola: 4855 Fiandrino Claudio Matricola: Miggiano Marco Antonio Matricola: 40560

2 PLL con CD4046 Composizione Gruppo A08 Nome Firma Maria Gabriella Antona Angela Rita Degno Fiandrino Claudio Marco Antonio Miggiano Il gruppo lavora sul tavolo 08. Materiale utilizzato Strumento Marca e Modello Caratteristiche Generatore di segnali HAMEG HM83-2 Generatore di onda Q/ T/Sin fino a 2MHz Alimentatore TOPWARD TDS 4000 Eroga tensioni positive/ negative Oscilloscopio HAMEG Larghezza di banda 60MHz, doppio canale Circuito premontato Modulo A Basetta per montaggi CD4046 PLL Descrizione degli obbiettivi Gli obbiettivi di questa esercitazione sono:. realizzare un PLL;. effettuare delle misure verificando il funzionamento dei componenti del dispositivo (transcaratteristica del VCO, demodulatore di fase, campi di cattura e mantenimento). 2

3 2 Svolgimento dell esperienza 2. Progetto del PLL 2.. Specifiche Le specifiche di progetto sono:. campo di funzionamento del VCO: [0 40]kHz;. tensione V DD = 5V;. campo di cattura ampio 0kHz;. resistenza del filtro R 3 0kΩ Progetto Il rapporto fra le frequenze: f max = 40kHz f min 0kHz = 4 è necessario per individuare sulla figura 7 del datasheet il rapporto fra le resistenze: R 2 R = 4 Fissando: R 2 = 00kΩ = R = 25kΩ Dalla figura 6 del datasheet, con una tensione di alimentazione V DD = 5V e R 2 = 00kΩ si è determinato il valore della capacità C da inserire fra i pin 6 e 7 dell integrato: C = nf Posta f c = 40 0 = 30kHz, mediante la formula: 2f c = 2π π fl τ si può determinare τ la costante di tempo del filtro passa basso: τ = 2π f L 4π 2 f c dove: f L = f max f min 40 0 = = 5kHz 2 2 Il valore di τ vale: τ = R 3 C 2 = 95.42µs É stata scelta R 3 = 0kΩ quindi: C 2 = τ R 3 = 9.54nF 3

4 2..3 Elenco dei componenti In tabella sono riportati i valori teorici e quelli reali della serie E2 dei componenti utilizzati nel progetto. Componente Valore teorico Valore reale Scopo CD4046 Progetto PLL Resistenza R 25kΩ 26.9kΩ Progetto VCO Resistenza R 2 00kΩ 99.7kΩ Progetto VCO Resistenza R 3 0kΩ 9.95kΩ Progetto filtro Condensatore C nf 0.964nF Progetto VCO Condensatore C nF.84nF Progetto filtro 4

5 3 Misure 3. Punto 2 Variando la tensione di alimentazione fra [0 V DD ] con passo di 0.5V si è ottenuto il seguente grafico: Transcaratteristica del VCO (Voltage Controlled Oscillator) frequency - Hz V c - V In tabella sono riportati i valori rilevati: Tensione [ V] Periodo [ µs] Frequenza [ khz] Tabella : misure per la transcaratteristica del VCO 5

6 3.2 Punto 3 La zona lineare in cui lavora il VCO è: 3 04 Transcaratteristica del VCO in zona lineare 2.5 frequency - Hz V c - V L intervallo di tensioni in cui il VCO lavora in zona lineare è [2 4.07]V. Il parametro κ 0 che rappresenta il coefficiente angolare della retta vale: [ ] khz κ 0 =.4 V 3.3 Punto Progetto É stato dimensionato il valore del condensatore imponendo una frequenza del polo molto minore dell estremo inferiore della banda di funzionamento del PLL: f p 0kHz () La frequenza del polo è data da: dove: f p = 2πR IN C x. R IN rappresenta la resistenza equivalente vista dal pin 4 (ingresso signal in) dell integrato, il cui valore dal datasheet (pagina 4) con V DD = 5V risulta essere MΩ; 6

7 . C x rappresenta il condensatore posto in ingresso all integrato per realizzare l operazione di squadratura affinchè la porta logica EXOR veda come ingressi livelli logici alto e basso. Imponendo come frequenza f p = khz si ottiene: C x = Considerazioni 2π R IN f p = 2π MΩ khz = 59pF Dalla serie E2 si sono riscontrati due possibili valori reali: { 50pF 80pF Si è scelto il secondo tra i due per garantire la condizione più restrittiva sulla frequenza del polo (). 3.4 Punto 6 La misurazione del campo di mantenimento è avvenuta partendo da una frequenza compresa nel campo di cattura teorico [0 40 khz] aumentandola o diminuendola fino ad osservare sull oscilloscopio lo sganciamento del PLL. Il campo da noi ottenuto è: [3.5kHz 47.79kHz] La misura del campo di cattura, invece, è stata realizzata impostando una frequenza iniziale sicuramente all esterno del campo teorico aumentandola o diminuendola finchè il PLL si è agganciato. Il campo rilevato è: [7.55kHz 33.0kHz] 7

8 Codice Matlab In questa sezione si riporta lo script matlab utilizzato per creare i grafici: % Profilo di Calcolo 2 clear all 3 close all 4 clc 5 format long e 6 7 % valore resistenza R_= k 8 % valore resistenza R_2= k 9 % valore resistenza filtro =9.957 k 0 % Transcaratteristica dell oscillatore controllato in tensione ( VCO) frequency_ =[0 0 /(60*0^-3) /(480*0^-6) /((30)*0^ -6) 2 /((68)*0^ -6) /((46)*0^-6) /((34)*0^-6) /((30)*0^-6) 3 /((26)*0^ -6)]; % frequenza misurata 4 5 % tensione continua all ingresso del VCO 6 v_input=[ ]; 7 8 figure() 9 plot(v_input,frequency_, b.- ); 20 title( Transcaratteristica del VCO ( Voltage Controlled Oscillator) ); 2 ylabel( frequency - Hz ); 22 xlabel( V_c - V ); 23 grid on 24 % Transcaratteristica dell oscillatore controllato in tensione ( VCO) 25 % in zona lineare 26 frequency_ =[/(480*0^ -6) /((30)*0^ -6) /((68)*0^-6) 27 /((46)*0^ -6) /((34)*0^ -6)]; % frequenza misurata % tensione continua all ingresso del VCO 30 v_input =[ ]; 3 32 figure(2) 33 plot(v_input,frequency_, r.- ); 34 title( Transcaratteristica del VCO in zona lineare ); 35 ylabel( frequency - Hz ); 36 xlabel( V_c - V ); 37 grid on 8