PHASELOCKLOOPFREQUENCYSYNTHESIZER

Langka1KcOleh:SunartoYBUSJ

UMUM

Pada prinsipnya Phase Lock Loop adalah suatu feedback control systemyangrangkaiannyaterdiriatasbagianbagianpokoksebagaiberikut:

1. PhaseDetector2. LoopFilter3. VoltageControlledOscillator(VCO)

Peran utama dalam PLL dipegang oleh phase detector yang bertugasmembandingkanphaseinputsignaldariVCOdengansuatusignalreferencedansebagaioutputnyaadalahbedaphase.

Adanya beda phase akan memberikan perbedaan voltage yang selanjutnya,perbedaanvoltage tersebut difilter oleh loop filter dandiappliedkeVCO.Kemudiancontrol voltage pada VCOmengubah frekuensi kearah memperkecil perbedaan antarasignal reference dengan signal feedback dari VCO. Bila loop menjadi locked, makacontrolvoltageberadapadaposisidimanafrekuensirataratasignalfeedbacktepatsamadenganfrekuensireference.

KeberhasilandesignsuatuPLLsebagianbesarditentukanolehdesignloopfilteryangbaik.Halinidisebabkankarenapadasaatterjadiperbedaanphase,phasedetectorakanmengeluarkanperbedaanvoltageyangberubahubahnaikturun.LoopfilterharusmampumenahangoyanganvoltagetersebutsehinggaperubahanvoltageyangmasukkeVCOmenjadihalus.

PHASE

DETECTOR

LOOPFILTER VCO~referencesignal output

feebacksignal

Gambar1

Untukkeperluanpenggunaansebagaipengaturfrekuensikerjapadatransceiver,berbagaimacamPLLdapatkitabuat,akantetapidalamtuliasanindicobamengajukansuatu design PLL dengan circuitnya yang terinci sehingga dapat dengan mudah kita

memahamicarakerjanya.Meskipununtukmemenuhimaksudtersebutdiperlukanjeniskomponenyangbanyak,akantetapidengandesigninilangkah2kerjanyadapatdenganjelasdifahami. PadadesigninidigunakanbanyakICialahTC9122,TC5081,TC5082,TC4017danTA7310.

Sebenarnya PLLdapat dibuat dengan rangkaian yang cukup ringkas misalnyadenganmenggunakanICtypeMC145106,MC145163dansebagainyayangjugaterdapatbanyakdipasaran.JenisjenisICinisudahdapatmenjalankanfungsiyangcukuplengkap,dengansebuahICsudahdapatmenjalankanfungsidariTC9122,TC5081,TC5082danTC4017.AkantetapipenggunaanICjenisinitidakdibahasdalamtulisanini.

CIRCUITDESIGN

DalamtulisaninidiajukansuatudesignPLLdenganlangkah1Kcyangdilengkapidenganfinetuneranalogdengankelebaranband1sampai2Kcuntukmemungkinkanpenyetelanfrekuensikerjalebihteliti(lebihkecildari1Kc).

PLLinidirencanakanuntukdapatbekerjadari13.700MHzsampaidengan14.699MHzuntuk digunakanpada transceiver dengancarrier oscillator atau SSBfilter 10.7MHz. Frekuensikerjadiaturdenganthumbwheeltigadigitsedemikiansehinggaangkaangkaratusan,puluhandansatuanKHznyapadatampilanthumbwheeldapatlangsungmenunjukkanfrekuensikerjatransceiver.

Apabilakitauraikan,makaPLLiniterdiriatasbeberapabagianialahpembangkitfrekuensireferensi(1Kc),phasedetector, loopfilter, VCO,programmabledeviderdanoscillatorpencampurfeedback.

Sebagai pembangkit frekuensi referensi digunakan TC5082 yang bertugasmembangkitkanfrekuensi 10KcdanTC4017yangbertugas membagi frekuensi 10Kchasil dari TC5082 menjadi 1Kc. Frekuensi 1Kc ini selanjutnya digunakan sebagaipembandingphaseolehphasedetectorTC5081.

UntukVCOdalamdesigninidigunakanTA7310.PenggunaanICinidimaksudkanagar dapat sekaligus merangkap sebagai mixer untuk keperluan feedback pada phasedetectormelaluiprogrammabledevider.DalamdesigniniinputkeprogrammabledeviderberupahasilpengurangandarifrekuensiVCOdengansuatuoscillatorkristal.

Frekuensi VCO dan kelebaran bandnya diatur sesuai kebutuhan yang dalamdesigniniiaharusmampubekerjapadafrekuensi13.700MHzsapai14.700MHz,untukdipakaipadapesawatdenganIF10.7Mc.SebagaipengendalifrekuensipadaVCOdigunakandiodevaractor. Berbagai jenisvaractordapatdigunakanmisalnyaMV2205, MV2209, BA150,SMV610dansebagainya.Jenisjenisdiodevaractortersebutdiatasmempunyairangekapasitansiyangberbedabedayangdapatdilihatpadavademicumyangdikeluarkanolehpabriknya.

Programmable devider bertugas membagi frekuensi feedback dari VCOdenganfaktorpembagi sesuai program yang kita masukkan,, hasil pembagian tersebut diumpan ke phasedetector dan dibandingkan phasenya dengan signal referensi. Sebagai programmable deviderdigunakan TC9122, jenis IC ini mempunyai kemampuan membagi dengan faktor pembagaisampai3.999.OlehkarenaitufeedbackdariVCOtidakdapatlangsungdiinputkeTC9122danharusterlebihdahuludicampurdenganfrekuensisuatuoscillatordanhasilpengurangannyabarudiinputkedevider.

Frekuensi oscillator pencampur ini harus dipilih sehingga hasil pengurangan tidakmelampauikemampuanTC9122.MisalnyapadadesignPLLiniyangdirencanakanbekerjapada13.700MHzsampai 14.699MHzdigunakanoscillator pencampur12.700 MHz(selisihnya 11.999MHz).

PemrogramanTC9122dilakukanBinaryCodedDecimal(BCD)ialahbilangandecimalyangsetiapangkanyadiwakili oleh4digit binary. Pemasukanangkasatuandilakukandenganmanualsedangkanangkaribuan(MHz)dimasukkansecaratetapialahmenghubungkanlangsungpinpin15denganVdd.PemasukandilakukandenganthumbwheelataudapatpulamenggunakanUP/DOWNswitch.

Frekuensi kristal pada oscillator pencampur dipilih 12.700MHz dengan maksud agarangkatampilanpadathumbwheeltepatsamadenganfrekuensikerjatranasceiver.Untukmaksudiniseringkalidiperlukankristaldenganfrekuensiyangsulitditemukandipasaran.Apabilatidakdapatdiperolehkristaldenganfrekuensiidealsepertitersebutdiatas,dapatpuladipilihkristaldenganfrekuensi yangmendekati dengankonsekuensi angka tampilan thumbwheel berselisihdenganfrekuensikerjanya.

SebagaiphasedetectordigunakanICjenisTC5081yangbertugasmembandingkanphasesignalfeedbackyangdiperolehdariVCOmelaluiprogrammabledeviderdenganreferencesignal.Selanjutnya phase detector akan mengatur control voltage melalui loop filter sehingga VCOmenyesuaikanfrekuensinyasehinggaphasenyasamadenganreference.

PadaPIN4dariTC5081terdapatfasilitasyangapabiladilengakpidengancircuitLEDindicatordapatmemberikanindikasiapakahPLLdalamkeadaanlockatautidak.Dengancircuitsepertipadagambar2diatas,LEDakanmenyalaapabilaPLLdalamkeadaantidaklockeddanakanpadambilaPLLlocked.

Supply listrik dapat digunakan voltage 5 sampai dengan 9 VDC, dalam design inidigunakan+5V.Penggunaansupplylebihtinggidari5Vpadadesigninidapatdilakukandengantanpa harus mengubah nilainilai komponen kecuali voltage elco dan tantalum yang harusdiperhatikan.

RESONANCECIRCUITPADAVCO.

Tinggi rendahnya frekuensi dan batas frekuensi kerja VCO ini cenderangditentukan oleh nilai L1 dan C1 (periksa circuit diagram pada gambar 2 di atas),disamping sudah barang tentu jenis varactor yang dipergunakan. Perhitungan untukmenentukanbesarnyaL1,C1danjenisvaractoryangdigunakanrasanyaterlalurumit.

AkantetapidalampraktekkitadapatmengirairasecarakasardenganmemperhitungkanL1 dan C1 saja dan dengan metoda trial and error kita kembangkan hasil kirakiratersebutsehinggamendapatkanapayangkitakehendaki.

Untukmengiraira besarnya induktansi L1denganC1yangkapasitansinya kita sudahtentukan,dapatdigunakanrumussebagaiberikut

29L=___________________

Cxf2

fadalahferkeunsiresinansidinyatakandalamMHzLadalahinduktansicoilL1dinyatakandalamH.CadalahkapasitansiC1dinyatakandalampF.

MisalnyapadadesignVCOditentukanfrekuensiresonansiyangdikehendaki12.700MHz,sedangkannilaiC1dipilih30pF,makamenurutperhitungandenganrumusdiatasdiperolehnilaiLsekitar5H.

Untukmembuatcoildengannilaitersebutdiatasharusdiadakanpercobaanpercobaan.Berdasarkanhasilpercobaanpenulis,apabiladigunakankokerbekasIFradiosepertiterlihatpadagambar3denganlilitandarikawatrambutbekaskokeritu,makauntukdapatmemperolehnilaisekitar5Hsecaraempirisdiperlukan8T.

Gambar3

Dengan memutar ferrite pada coil tersebut, nilai induktansinya akan berubahubahsehinggadapatdiaturuntukmendapatkannilaiyangtepat.Perludiingatbahwatidaksemuakokermempunyaisifatyangsama,sangattergantungdari jenisferriteyangdigunakan.PercobaandiatasdilakukandenganmenggunakankokerIFmerkTOKORCLyangterdapatbanyakdipasaran.Denganjeniskokeryanglainakandidapatkanhasilyangberbedapula,untukitudipersilahkanrekanrekanmengadaknpercobaandengankokeryangdimiliki.

KOMPONENDANPRINTEDCIRCUITBOARDDESIGN.

JenisdanjumlahkomponenyangdiperlukanuntukperakitanPLLberdasarkandesigndiatasterdapatpadaTabel1berikutinisertatataletakkomponenpadaPCBdapatdiperiksapadaGambar4danPCBsepertiterlihatpadagambar5.

Daftarkomponen.

IC RESISTOR CERAMIC

TC9122 1 150 1 2pF 1TC5081 1 220 1 30pF 1TC5082 1 470 3 68pF 1TC4017 1 1K5 1 101 1TA7310 1 4K7 2 221 3LM7805 1 10K 1 102 15

TRANSISTOR 47K 3 682 1

C1815 2 100K 1 103 1

KRISTAL ELCO 104 2

10.240MHz 1 100uF 1 TANTALUM12.700MHz 1 47uF 1 10uF 1

TRIMER 10uF 1 RFC30pF MICA/NPO 470uH 1

KOKER 30pF 1 5.6uH 1

4MM 2 47pF 1

VARCO 471 1

300pF 102 1Tabel1

KomponenkomponenterutamapadarangkaianloopfilterdanrangkaianVCOialahC1,C2,C3danC4lebihdisukai menggunakancondensator jenisNPOsedangkanuntukC3lebihdisukaitantalum.

TATALETAKKOMPONEN13x102

TC9122

socketthumbwheel

TP230pF

47uF 104 104

7805

TP1

10.24Mc

TC508230

TC4017

10uF

2SA1014

47K

1K5

TC508122047010K

47K

MV2209

C130

2215.6uH

L1C2

471

47

221 102

682 102

10uF LED

4K7

C1815

150

103

47uF

470

470

103

OUT

68

221 68 2205.5uH

TA7310

470uH2

C1815

100K

12.700Mc

10uH

FINE

VARCO300pF

102

47K

47K

Gambar4

CARAMERAKIT

Cara memasang komponen di atas PCBdisarankan menggunakan uruturutan sebagaitersebutberikutini.

1. Pemasanganvoltageregulator

2. Pemasangan VCOkemudian dalam keadaan komponen pada bagian lain belum terpasangdiadakanpengecheckankeluaranpadaterminalOUTPUT.Frekuensioutputharusterletakdiantara1314MHz.

3. Pemasanganoscillatorfeedback,kemudiandiamatifrekuensioutputpadaTESTPOINT3danfine tuner dicoba, ia harus mampumenggerakkanfrekuensi diantara 12.700+1Kcsampai12.7001Kc.

4. Pemasangandevider1(TC5082)dandicheckpadaTESTPOINT1,frekuensioutputharustepat10Kc.

5. Pemasangandevider2(TC4017)dandicheckpadaTESTPOINT2,frekuensioutputharustepat1Kc.

6. Pemasanganprogrammabledevider(TC9122)danphasedetector(TC5081).Denganseluruhkomponenterpasang,PLLharusdapatlockedpadaposisithumbwheel000atauthumbwheeltidak terpasang (LED harus padam). Apabila tidak locked, maka ferrite L1 diputarputarsehinggaPLLbisalocked.

7. Pemasanganthumbwheelkemudiandialdiletakkanpadaposisi999,LEDharustetappadam,bilatidakmakaferritedariL1diaturulang.DenganlainkataPLLpadadesigntersebutharusdapatlockedmulaidarifrekuensi13.700MHzsampai14.699MHz.

8. Selanjutnyathumbwheeldisetpadaposisi000,kemudiandialsatuandinaikkansetingkatdemisetingkatsampaipadaposisiangka9sambildiamatioutputfrekuensinyaapakahkenaikannyatepat1Kc.Kecualikenaikantepat 1Kcjugafrekuensi tidakbergoyanggoyang.Demikiandilakukanpulauntukdialpuluhandandialratusan.

Perludiingatbahwasetiapakanmengadakanchecking,selaludiperhatikanterlebihdahuluapakahkomponensudahlengkapterpasangdansudahbetul pemasanganya. YangpentinglagiadalahapakahvoltagepadapinpinICdanpadakakitransistorsudahbenar

PLL

YBUSJ

PCBPLLGambar5

VARIASICIRCUITOSILATORFEEDBACK

DesignPCBsepertiterlihatpadagambar5,tidakseluruhjalurjalurnyaterpakai.Jalurjalur cadangan itu dimaksudkanuntukmemberikanpeluangpengembangan lebihlanjut,misalnyavariasicircuitosilatorfeedback.

Osilatorfeedbackdapatdirakitdengancaralain,misalnyadenganmenggunakanFETjenisMPF102,2SK19atau2SK192.Demikianpulapadafinetuner,dapatdigunakandiodevaractoruntukmenggantikanfungsivarco,seperticontohyangterlihatpadacircuitdiagramGambar6danlayoutkomponensepertiterlihatpadaGambar7berikut.

100K

221

470uH103100uH

20K30pF

MV2209 101

+5V

C1815

TRIMPOT

101

12.700McL2

220

RFC

Gambar6

68

221 68 220

470uH2

MPF10212.700Mc

10uH

FINE

POTENSIO10K

103

MV2209

100K

Gambar7

BegitupularangkaianVCO,denganPCBtersebutdimungkinkanuntukmembuatcircuitVCOyangbevariasi.Variasivariasiinitidakdibahasdalamtulisanini,akantetapirekanrekanamatirradiodipersilahkanuntukberkreasisendiri.

MIXINGOSILATOR

Apabilakristaldenganfrekuensiidealtidakdidapatkan,makajalanlainuntukmembuatosilatorfeedbackadalahdengancaramencampurduaosilator.Pencampurandapatjugadilakukandengan memasukkan frekuensi Carrier Oscillator dari pesawat ke dalam mixer danmencampurnyadenganosilatorkristal3MHz(kristalinibanyakterdapatdipasaran).

Untuk membuat mixer ini dapat digunakan TA7310 atau MC1496 dengan diagramsebagaitercantumpdaGambar8danGambar9berikutini.Bilakitabandingkandiantarakeduamixertersebut,makadenganTA7310circuitnyalebihsederhanadantidakbanyakmakantempatpadaPCB.

1K103

10K

MV2209

101

+5V

TRIMPOT

101

3Mc

T1

47K

9

1

2

5

15

TA7310

+5V

102

101

86

7

3

4

Gambar8

820uH

T1

3K3

+5V

104

102

1K

100

104

104

102

102

51820

1K

1K

MC149610

14 14 2 3 6

1258 OUT

OCL1IN

OCL2IN

Gambar9

UntukmerakitmixersepertipadadiagrampadaGambar8atauGambar9diatas,rekanrekanamatirradiodipersilahkanuntukmerancangPCBsendiridiluarPCBpadaGambar4.

Apabila rekanrekan amatir radio sudah mahir merakit PLL semacam ini bersertamodifikasinya, maka akandenganmudahmengembangkannya denganmisalnyamenggunakanjenisjenisICyanglain.

DalamtulisaninihanyadiuraikanPLLdengansingleloop,rekanrekanamatirradiodapatmengembangkanterusdenganmisalnyamerancangdoubleloopPLLsehinggadidapatkanlengkahlebihkecilKcdandenganmultiVCOdapatpuladikembangkanmenjadimultibandPLL.

Dengan sedikit pengetahuan tentang penggunaan IC TTL, maka penyetelan frekuensidapatdilakukandengancaralainmisalnyadenganUP/DOWNswitchataudapatdikembangkanlagidenganmenggunakanswitchputar.

Jakarta,April1999.

MENU