15-1

Bölüm 15 Frekans Sentezörü

15.1 AMAÇ

1. Frekans sentezörlerinin çalışma prensibinin incelenmesi.

2. Frekans sentezörlerinin karakteristiklerinin ölçülmesi.

15.2 TEMEL KAVRAMLARIN İNCELENMESİ

Basit olarak, bir frekans sentezörü, bir frekans kaynağıdır. Bu frekans

kaynağının çıkış frekansı, giriş referans frekansının bir tam sayı katına eşittir.

Fig. 15-1’de tipik bir frekans sentezörü görülmektedir. Bu frekans sentezörü,

bir faz kilitlemeli çevrim(PLL), bir gerilim kontrollü osilatör(VCO), bir faz

detektörü ve bir N-sayı bölücüsünden oluşmaktadır.

Fig. 15-1’de bulunan PLL yapısındaki faz detektörü ortalama bir gerilim

değeri üretir. Bu gerilim değeri giriş referans frekansı fref ve N sayısı ile

bölünmüş çıkış frekansı fo/N arasındaki fark ile orantılıdır. N-bölücü sayaç

genellikle thumbwheel anahtarlar ile yada bir MPU yazılımı ile kontrol edilir.

Bu sayaç, her N giriş darbesinde bir çıkış darbesi üretir. Faz detektörünün

çıkış gerilimi, alçak geçiren filtre(LPF) ile filtrelendikten sonra gerilim

kontrollü osilatörün(VCO) girişine uygulanır. VCO’nun bu giriş gerilimine

karşılık çıkışta fo çıkış frekansı üretilir ki bu frekans kilitlenme esnasında

giriş referans frekansının N katına eşittir.

Fig. 15-1 Tipik bir frekans sentezörünün blok diyagramı.

PLL kilitlenme durumunda çalışıyorken, referans ve sayaç çıkışı arasındaki

ilişki aşağıdaki gibi ifade edilebilir;

fR=fN=fo/N

ya da

fo=NfR olarak ifade edilebilir.

Reference Frequency fR

Phase

Detector Lowpass

Filter VCO

÷N

fN=fO/N

fO=NfR

15-2

Açık olarak görülmektedir ki çıkış frekansı referans frekansı fR ve sayaç

değeri N ile belirlenmektedir. Diğer bir deyişle, frekans sentezörü, çıkış

frekansı giriş referans frekansının N katı olan bir frekans üretecidir. Bu

nedenle, mükemmel bir frekans sentezörü için hassas ve kararlı bir referans

frekansı gerekmektedir. Genellikle bu amaç için bir kristal osilatör

kullanılmaktadır.

Çeşitli Frekans Sentezörleri

Pratik uygulamalarda birçok frekans sentezörü çeşidi mevcuttur. Bunlar;

1. Tipik bir Frekans Sentezörü

Fig. 15-2, tam bir frekans sentezörü blok diyagramını göstermektedir. PLL

devresinin girişindeki fR referans frekansı, fx kristal osilatör frekansının

M’e bölünmüş değeridir. Daha önceden bahsedildiği gibi, frekans

sentezörünün çıkış frekansı fo=N.fR denklemi ile hesaplanır.

Fig. 15-2 Tipik bir frekans sentezörünün blok diyagramı.

Tipik frekans sentezörünün temel dezavantajı, programlanabilir bölücünün

frekans limitlemesidir. Piyasada bulunan programlanabilir bölücülerin

maksimum çalışma frekansı yirmi – otuz MHz ‘dir. Bu, frekans sentezörünün

maksimum çıkış frekansını limitlemektedir. Bu dezavantajın üstesinden

gelmek için aşağıdaki tip frekans sentezörler seçilebilir.

2. Frekans Çarpıcı Kullanılarak Frekans Sentezörü

Fig. 15-3’de gösterilen frekans sentezörü tipinde, H katı değerinde bir

frekans çarpıcı kullanılmaktadır. Blok diyagramdan, çıkış işaret frekansı

aşağıdaki gibi hesaplanabilir;

)( Ro HfNf

VCO

Programmable

Divider

fX fO=NfRfR Programmable

Counter：M

Phase Comparator

LowpassFilter

N fN=fO/N

Crystal Oscillator

15-3

Ancak bu frekans sentezörü yapısının iki dezavantajı mevcuttur: (1)

ekstradan bir frekans seçici devre gerekmektedir, ve (2) VCO çıkış

frekansındaki küçük bir değişim sentezör çıkış frekansında katlanılmaz bir

değişime sebep olacaktır.

Fig. 15-3 Frekans çarpıcı kullanılarak gerçekleştirilen frekans sentezörü.

3. Ön bölücü(Prescaler) kullanılarak gerçekleştirilen frekans sentezörü

Fig. 15-4’de ön bölücü kullanılarak gerçekleştirilen bir frekans sentezörü

görülmektedir. Ön bölücü, VCO çıkışı(Sentezör çıkışı) ile N bölücü girişi

arasında yer almaktadır. Ön bölücünün kullanım amacı, N bölücünün

girişindeki frekansı N bölücünün çalışma frekansı aralığına düşürmektir.

Fig. 15-4 Ön bölücü kullanılarak gerçekleştirilen bir frekans sentezörü.

Basit olarak ön bölücü, bir çeşit frekans bölücüdür. Ön bölücü, ECL

teknolojisi kullanılarak üretilmektedir ve çok yüksek frekanslarda(GHz

seviyesinde) çalışabilir. Fig. 15-4’deki sentezörün çıkış işaret frekansı

aşağıdaki gibi verilir;

).( Ro fPNf

fo, VCO çıkış frekansı olduğundan dolayı, VCO, yukarıda bahsedilen

diğer iki çeşit yapıya göre daha yüksek frekansta çalışmalıdır.

4. Frekans çevirici kullanılarak gerçekleştirilen frekans sentezörü

Genel olarak frekans sentezörlerinde kullanılan iki çeşit frekans çevrimi

mevcuttur. Bunlar, frekans yükseltme çevrimi ve frekans düşürme

çevrimidir.

Phase Comparator

Lowpass Filter VCO

N

fR

fO=N(HfR)

Frequency

Multiplier (×H)

Phase Comparator

Lowpass Filter

VCO

N (fO/ P)N

fO=N(PfR)

P (Prescaler)

fO/P

fR

15-4

Fig. 15-5’de frekans yükseltme çevrimi kullanılarak gerçekleştirilen

frekans sentezörü görülmektedir. VCO çıkış frekansı, bir mixer ve lokal

osilatör ile daha yüksek frekansa çıkarılır. Çıkış frekansı aşağıdaki gibi

ifade edilir;

RLo Nfff '

fL, lokal osilatörün çıkış frekansını göstermektedir.

Fig. 15-5 Frekans yükseltme çevrimi kullanılarak gerçekleştirilen frekans

sentezörü.

Bu frekans sentezöründe karşılaşılan ilk problem, frekans çarpıcı

kullanılarak gerçekleştirilen frekans sentezöründeki gibi çıkış katında bir

frekans seçici devreye ihtiyaç duymasıdır. Ayrıca, PLL devresinin dışına

bir lokal osilatör yerleştirilmiştir ve bu nedenle PLL, lokal osilatörden

kaynaklanan frekans değişimini düzeltemez.

Fig. 15-6’da frekans düşürme çevrimi kullanılarak gerçekleştirilen frekans

sentezörü görülmektedir. Mixer, PLL yapısının içerisinde yer almaktadır.

Bu nedenle lokal osilatörden kaynaklanan frekans değişimleri PLL

tarafından düzeltilebilmektedir. Çıkış frekansı, fo=fL+NfR , VCO çıkışında

doğrudan elde edilmektedir. Bu nedenle VCO, daha yüksek frekanslarda

çalışmalıdır.

Fig. 15-6 frekans düşürme çevrimi kullanılarak gerçekleştirilen frekans sentezörü.

fR Phase Comparator

Lowpass Filter VCO Mixer

f0=NfR

fL ÷N

f0’=fL+NfR

fL

fR Phase Comparator

Lowpass Filter VCO

Mixer

÷N

fO=fL+NfR

fO－fL

15-5

Transfer Fonksiyonu ve Geçici Cevap(Transient Response)

Transfer fonksiyonun yada geçici cevabın analizi, frekans sentezörü

tasarımında önemli bir tekniktir. Fig. 15-7’de gösterilen temel frekans

sentezörü yapısının blok diyagramında belirtildiği gibi, her bloğun

karakteristiği kendi transfer fonksiyonu ile ifade edilir.

Fig. 15-7 Frekans sentezörünün transfer fonksiyonu.

Fig. 15-7’de R , referans işaretin fazını, o , VCO çıkış işaretinin fazını

göstermektedir. Faz karşılaştırıcısının çıkışı, bu iki fazın farkının çevrim

kazancı KD ile çarpımına eşittir ve aşağıdaki gibi ifade edilebilir;

DNRDd KKV )(

faz hatasından kaynaklanan Vd gerilimi, alçak geçiren filtreden geçer

ve böylelikle istenmeyen yüksek frekans bileşenleri süzülür. VCO çıkış

frekansı, LPF çıkış gerilimi Ve ve çevrim kazancı Ko ile belirlenir.

eoo VK

o yerine dtd o / yazarsak aşağıdaki denklemi elde ederiz.

eoo VKdtd /

Yukarıdaki denklemin Laplace dönüşümünü alalım.

)()()/( sVKssdtdL eooo

Bu nedenle, ssVKs eoo /))(.()( şeklinde elde edilir. Kısaca, VCO çıkış

fazı, kontrol gerilimi Ve değerinin bir tam sayı ile çarpımıyla doğru orantılıdır.

fR

÷N

fN

Phase Comparator

Lowpass Filter VCO foKD F(s) Ko

R(s)

Vd(s)=KD[R(s)-(o(s)/N)]

Ve(s)=Vd(s)F(s) o(s)=KoVe(s)/s

N(s)=o(s)/N

15-6

Fig. 15-7’de bulunan blokların Laplace dönüşümleri aşağıdaki gibi ifade

edilebilir;

)()()( ssKsV NRDd

)().()( sVsFsV de

ssVKs eoo /)(.)(

Nss oN /)()(

Frekans sentezörünün transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi ifade edilebilir;

NsFKKs

sFKK

s

ssH

Do

Do

R

o

/)(

)(

)(

)()(

H(s), alçak geçiren filtrenin(LPF) transfer fonksiyonu F(s)’e bağlıdır.

Uygulamada genellikle iki çeşit alçak geçiren filtre kullanımı söz konusudur.

Fig. 15-8 ve Fig. 15-9’da sırası ile tip I ve tip II RC alçak geçiren filtre

yapıları gösterilmiştir.

Fig. 15-8 Tip I RC alçak geçiren filtre.

15-7

Fig. 15-9 Tip II RC alçak geçiren filtre.

Tip I alçak geçiren filtresinin transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi ifade

edilebilir;

sV

VsF

in

out

1

1)(

RC . Fig. 15-8’deki RC alçak geçiren filtresi frekans sentezöründe

çevrim filtresi olarak kullanılacak olursa, frekans sentezörünün transfer

fonksiyonu aşağıdaki gibi ifade edilebilir.

N

KKss

N

KKN

sHDo

Do

21

)()(

Damping oranı d’yi yukarıdaki denkleme sokarsak aşağıdaki denklemi elde

ederiz;

22

2

1 2)(

)()(

nn

n

i

o

wdws

Nw

s

ssH

N

KKw Do

n ve DoKK

Nd

2

1 şeklindedir.

Çevrim filtresini Fig. 15-9’daki RC alçak geçiren filtre ile değiştirirsek, çevrim

filtresinin transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi verilebilir;

)(1

1)(

21

2

s

ssF

CR11 ve CR22 şeklindedir. Sentezörün transfer fonksiyonu

15-8

aşağıdaki gibi olur;

222

2

2 2

)1()(

nn

n

wsdws

sNwsH

)( 21

N

KKw Do

n şeklinde olur.

)(

)(

2

1

21

22

Do

Do

KK

KKNd

Frekans sentezörün H(s) transfer fonksiyonu ikinci dereceden bir

fonksiyondur. Herhangi diğer ikinci dereceden sistemlere benzer olarak,

zaman gecikmesi giriş ve çıkış arasına yerleştirilmiştir. Ve ayrıca çıkışta da

overshoot meydana gelebilir. Fig. 15-10’da gösterilen frekans sentezörün

step cevabına bakalım. fN, giriş frekansındaki step değişimlerini izleyen ideal

çıkış frekansını göstermektedir. fo ise çıkış frekansının pratikteki cevabını

göstermektedir.

Fig. 15-10 Frekans sentezörünün geçici cevabı.

Çevrim fitresi, sentezör için iki parametreyi belirler. Bunlar, oturma süresi ya

da çevrimin ne kadar zamanda ortalama bir değere gittiği ve diğeri de

damping ya da çevrimin yeni değişimler karşısında osilasyona girmemesi

veya haddinden fazla overshoot oluşturmamasıdır. Eğer çevrim filtresi Fig.

15-9(Tip II) da gösterilen RC alçak geçiren filtre ise, çevrimin oturma süresi

R1 ve C1 ile oluşturulur. R1C1 zaman sabitinin çok uzun olması, çevrimin

girişteki hızlı frekans değişimleri karşısında yavaş kalmasına sebep olur.

R1C1 zaman sabitinin çok küçük olması, VCO çıkışının sert çıkışlar

oluşturmasına sebep olacaktır. Damping, R1 / R2 oranı ile belirlenir. Küçük

ya da sıfır R2 değeri (Tip I) çevrimi zıplatır, overshoot atmasına ve hatta

osilasyona girmesine sebep olur. Çok büyük R2 değeri, çevrimin oturmasını

çok uzatır ve yeni frekans girişlerini geç okumasına sebep olur.

15-9

Fig. 15-11 Fig. 15-18’deki alçak geçiren filtre kullanılarak gerçekleştirilen

frekans sentezörünün geçici cevabı.

Fig. 15-11’de çevrim filtresi olarak Fig. 15-18’deki RC alçak geçiren filtre

kullanılarak gerçekleştirilen frekans sentezörünün normalize edilmiş geçici

cevabı gösterilmektedir. Fig. 15-12’de çevrim filtresi olarak Fig. 15-19’daki

RC alçak geçiren filtre kullanılarak gerçekleştirilen frekans sentezörünün

normalize edilmiş geçici cevabı gösterilmektedir.

Fig. 15-12 Fig. 15-19’daki alçak geçiren filtre kullanılarak gerçekleştirilen

frekans sentezörünün geçici cevabı.

15-10

Pratik Devre Tanımlaması

Fig. 15-13, PLL frekans sentezörü modülü üzerindeki tüm devre yapısını

göstermektedir. Devre aşağıdaki bölümlerden oluşmaktadır;

1. Referans frekans kısmı.

2. PLL kısmı.

3. N-bölücü kısmı.

4. 10’ a bölücü kısmı.

5. Ofset OSC kısmı.

1. Referans frekans kısmı

Referans frekans bölümü, bir referans kristal osilatöründen ve bir de

frekans bölücüden oluşmaktadır. 1-MHz quartz(X’TAL1) ve NOT

kapısı(U4a, 74HC04) hassas osilatör yapısını oluşturur. Üç tane BCD

sayıcısı(U1-U2-U3, 74LS90), 1000’e bölücü yapısını oluşturmak üzere

bağlanır. Referans osilatörün çıkışı, NOT buffer yapıları(U4b ve U4c)

aracılığı ile 1000’e bölücü yapının girişine bağlanır. U1 QA ‘da ki

bölücünün çıkış işaret frekansı bu nedenle 1000kHz÷1000=1kHz

değerine eşittir.

U2 QA ’da ki diğer çıkış frekansı ise 1000kHz÷100=10kHz değerine eşittir.

Ayrıca ekstradan JK flip-flop(U5a, 1/2 74LS76) yapıları bir 2’ye bölücü

oluşturmaktadır ve Q ‘da ki çıkış frekansı saat işaretinin 2’ye ya da 1’e

bağlanmasına göre fR=0.5kHz ya da 5kHz olabilmektedir. Q1 tranzistörü,

U5a yapısının TTL çıkışı ile U6’nın CMOS girişi arasında bir arayüz

oluşturmaktadır.

15-11

Fig. 15-13 KL-93005 Modülü.

2. PLL kısmı

PLL devresi, bir faz karşılaştırıcı, kilitlenme göstergesi, VCO ve alçak

geçiren filtreden oluşmaktadır. U6(CD4046), iki adet faz karşılaştırıcısı ve

bir VCO yapısından oluşmaktadır. U6, PLL yapısının kalbini

oluşturmaktadır. CD4046, iki olası faz karşılaştırıcısına sahiptir. Bir tanesi,

Exclusive-OR sistemi olup iyi gürültü performansına sahiptir ancak

harmonik duyarlıdır. 3. ve 14. pinlerin her ikisine de kare dalga bağlı

olması gerekmektedir. Dar bir frekans aralığına sahiptir. Diğer faz

karşılaştırıcı ise lojik bir frekans/faz karşılaştırıcısıdır. Geniş bir frekans

aralığında çalışmaktadır (1000:1 ya da daha büyük). Girişte herhangi duty

cycle değerindeki işareti kabul eder ve harmonik duyarlı değildir. Diğerine

göre biraz daha zayıf gürültü eliminasyonuna sahiptir. Bu geniş bandlı faz

15-12

karşılaştırıcısı PLL kısmında kullanılmaktadır.

Faz karşılaştırıcısının iki giriş işareti şunlardır; (1) TP4’deki, fR referans

işareti ve (2) TP8’deki, programlanabilir bölücü çıkışından gelen fN geri

besleme işaretidir. Geniş bandlı faz karşılaştırıcısı, çevrim filtresi için pin

13’de tri-state örnekle ve tut çıkışı sağlamaktadır. Eğer giriş frekansı VCO

frekansından daha yüksek ise, kararlı bir high çıkışı elde edilir. Eğer VCO

frekansından düşük ise, kararlı bir low çıkışı elde edilir. Eğer iki frekans

hemen hemen aynı ise, faz karşılaştırıcı, faz farkı kadar bir darbe çıkışı

üretir. Eğer bu darbe pozitif ise, VCO fazını lag etmek için, eğer darbe

negatif ise, VCO fazına lead etmek için görev görür. Fig. 15-14’de bu

durum gösterilmiştir.

Eğer referans işaret geri besleme işaretini lead ederse, faz karşılaştırıcı

bir high darbesi üretir ve bu darbe C8 kapasitesini doldurur. Eğer referans

işaret fazı, geri besleme işaretinin arkasından lag ediyorsa, faz

karşılaştırıcısının çıkışı low darbesidir ve C8 kapasitesini boşaltır. Eğer

bu iki darbe tam olarak birbirine eşit ise, faz karşılaştırıcısının çıkışı

yüksek empedans görevi görür ve C8 kapasitesinin yükü aynen tutulur.

Çevrim filtresi, R6, R7 dirençleri ve C8 kapasitesinden oluşur. Filtre iki

parametreyi belirler; (1) oturma süresi ya da çevrimin ne kadar zamanda

ortalama bir değere gittiği ve diğeri de (2) damping ya da çevrimin yeni

değişimler karşısında osilasyona girmemesi veya haddinden fazla

overshoot oluşturmamasıdır.

Çevrimin oturma zamanı, R6 ve C8 ile belirlenir. RC zaman sabitinin

çok uzun olması, çevrimin girişteki hızlı frekans değişimleri karşısında

yavaş kalmasına sebep olur. RC zaman sabitinin çok küçük olması, VCO

çıkışının sert çıkışlar oluşturmasına sebep olacaktır. Çevrimin damping

oranı R6’nın R7’ye oranı ile belirlenir. Küçük ya da sıfır R7 değeri çevrimi

zıplatır, overshoot atmasına ve hatta osilasyona girmesine sebep olur.

Çok büyük R7 değeri, çevrimin oturmasını çok uzatır ve yeni frekans

girişlerini geç okumasına sebep olur.

15-13

Fig. 15-14 Faz karşılaştırıcı dalga şekilleri.

PLL kilitli olduğu sürece, U6’nın 1. pini high seviyesi üretir. Bu high

seviyesi ile Q2 tranzistörü iletimde kalır ve kilitlenme göstergesi LED1

aktif olur. Diğer taraftan, eğer PLL kilitli durumda değil ise U6’nın 1. pini

çıkışında low seviyesi gözükür ve bu durumda Q2 iletimde değildir, LED1

göstergesi de aktif durumda değildir.

VCO frekansının ekstrem uçları 6. ve 7. pinler arasındaki C4, C5 ya da

C6 kapasiteleri, 11. pindeki maksimum frekans direnci(VR2) ve 12.

pindeki minimum frekans direnci(VR1) ile belirlenir. Denklemler ile

aşağıdaki gibi ifade edilebilir;

15-14

)326~4(2/1 pFCVRfMIN

MINMAX fpFCVRf )326~4(1/1

2/)( MINMAXo fff

fMAX-fMIN, VCO’nun kilitlenme ya da yakalama aralığı olarak adlandırılır.

3. ÷N kısmı

VCO çıkış işareti, Q4 seviye kaydırıcı ile programlanabilir kaskat

bölücüye(U10, U9, U8, SN74192) bağlanır. Q4 seviye kaydırıcı, CMOS

seviyesini(VCO output), TTL seviyesine(bölücü girişi) çevirir.

Her SN74192 synchronous up/down decade sayıcı, bir aşağıya sayıcı

olarak kullanılır. SN74192’nin çıkışları thumbwheel BCD çıkışları ile

resetlenir ve giriş işareti yüklenir. Yük kontrol girişinde(pin 11) bir low(0)

seviyesi mevcut olduğu zaman, BCD girişleri (pin 15, 1, 10 ve 9;

thumbwheel BCD çıkışları) decade sayıcıya yüklenir. Giriş darbeleri

down-count girişine(pin 4) ulaştığı zaman, sayıcı aşağı doğru sayar ve

borrow output(pin 13) counter underflows olarak bir darbe üretir.

Örnek olarak, üç aşağı sayıcı U8, U9 ve U10 sırası ile 100’ler, 10’lar ve

1’ler thumbwheel’leri ile 2, 1 ve 3’ü resetler. Birler sayıcısı U10’nun 4.

pinine gelen her giriş darbesi, sayıcı değerinde bir artışa neden olur. 213

giriş darbesinden sonra, U8’in 13. pininde(borrow output) bir çıkış darbesi

gözükür.

Borrow çıkış darbesi(low), bu üç sayıcının yük girişlerine bağlanır.

Böylelikle sayıcılara 213 değeri tekrar yüklenir ve daha sonra sayma

silsilesi tekrar tekrar devam eder. Bu örnekte, kaskat yapıdaki decaded

counter bir 213 bölücüsüdür.

Fig. 15-15, BCD thumbwheel’in çalışma şeklini göstermektedir. Eğer

thumbwheel, desimal fig. 5’e anahtarlanır ise çıkışlar C=A=1 ve

D=B=0’dır. Bu nedenle BCD değeri 0101, SN74192 programlanabilir

sayıcıya yüklenir.

Programlanabilir bölücünün(U10-U9-U8) çıkış darbesi, bir JK

flip-flop(U5b) aracılığı ile faz karşılaştırıcının girişine gönderilir. Sebep,

darbe genişliğinin faz karşılaştırıcıyı sürmek için çok dar olmasıdır. Aynı

sebep ile, bir JK flip-flop(U5a) referans frekans kısmına da eklenir.

15-15

Fig. 15-15 BCD thumbwheel çalışma prensibi.

4. ÷10 kısmı

Ön bölücüsü olan bir frekans sentezörü, basit olarak, programlanabilir

bölücü girişine bir frekans bölücü(prescaler) eklenerek elde edilir. Ön

bölücü kullanımı sentezörün fo çıkış frekansının artmasını sağlamakta,

ancak programlanabilir bölücü girişindeki frekansın tipik sentezörler ile

karşılaştırıldığında aynı kalmasını sağlamaktadır. Fig. 15-13’deki decade

sayıcı U7(SN7490), 10 değerinde bir ön bölücü olarak görev görmektedir.

Ön bölücünün kullanılması ile, frekans adımı ∆f , 10 kat artacaktır.

5. Ofset OSC kısmı

Fig. 15-13’e bakınız. D flip-flop(U11, SN7474), bir mixer olarak görev

görmektedir. Eviriciler(U12) ve kristal(X’TAL2) bir lokal osilatör

oluşturmaktadır ve bu lokal osilatörün çıkışı mixer’in D girişine

bağlanmaktadır. VCO çıkış frekansı fo, mixer ile daha düşük bir frekansa

kaydırılmakta ve böylelikle programlanabilir bölücü girişine uygun hale

getirilmektedir. Mixer’in çıkış işaret frekansı şu şekilde hesaplanabilir;

Loout fff

fL, lokal osilatör frekansıdır.

15-16

15.3 GEREKLİ EKİPMANLAR

1. KL-96001 Modülü

2. KL-93005 Modülü

3. Osiloskop

15.4 DENEYLER VE KAYITLAR

Deney 15-1 Tipik Frekans Sentezörü

1. Tipik bir frekans sentezörünü oluşturmak için, aşağıdaki devre

kısımlarına ihtiyaç duyulur.

(1) Referans frekans kısmı

(2) PLL kısmı

(3) N bölücü kısmı

Bu kısımları, PLL frekans sentezörü modülü üzerine yerleştirin.

2. Referans frekans ölçümü.

(1) Pozisyon 2’ye bir jumper yerleştirin.

(2) Osiloskop kullanarak, dalga şekillerini ve test noktalarındaki

frekansları ölçün ve Tablo 15-1’e kaydedin.

3. VCO giriş gerilimine karşılık çıkış frekansının ölçülmesi.

(1) Jumper’ı pozisyon 2’den kaldırın. Devreyi kapatın ve DMM

kullanarak VR1’i 10KΩ ve VR2’yi 1.4MΩ’a ayarlayın.

(2) Jumper’ları 3 ve 4 pozisyonlarına yerleştirin. Osiloskopun CH1 IN

girişini, Çıkış terminaline (VCO OUT) bağlayın. KL-96001

üzerindeki 0-15VDC beslemeyi TP6(VCO IN)’ya bağlayın. Farklı

DC gerilimler için frekansları ve dalga şekillerini ölçün ve Tablo

15-2’ye kaydedin.

(3) Fig. 15-16 üzerine, Tablo 15-2’deki sonuçlara göre VCO gerilim

frekans karakteristiğini çiziniz.

(4) Pozisyon 7(VR2 bağlı) üzerine bir jumper bağlayın. (2) ve (3)

adımlarını tekrar edin. Tablo 15-3’e sonuçları kaydedin. Fig. 15-17

üzerine karakteristiği çiziniz.

4. Faz karşılaştırıcısının işaret frekanslarının ölçülmesi.

(1) 2, 3, 6, 7 ve 11 pozisyonlarına jumper yerleştiriniz.

(2) Tablo 15-4’deki farklı BCD thumbwheel değerleri için TP4, TP8 ve

OUT ‘daki frekansları ölçün ve Tablo 15-4’e kaydedin.

(3) 3 pozisyonundaki jumperı kaldırıp 4 pozisyonuna yerleştirin. (2)

adımını tekrarlayın.

15-17

(4) 4 pozisyonundaki jumperı kaldırıp 5 pozisyonuna yerleştirin. (2)

adımını tekrarlayın.

5. Programlanabilir bölücünün ölçülmesi.

(1) 2, 3, 6, 7 ve 11 pozisyonlarına jumper yerleştiriniz.

(2) Tablo 15-5’deki farklı BCD thumbwheel değerleri için TP7(fout),

TP8 ve U10 pin4(fin) üzerindeki frekansları ölçün ve Tablo 15-5’e

kaydedin. fin değerinin fout değerine oranını hesaplayın ve Tablo

15-5’e kaydedin.

(3) 3 pozisyonundaki jumperı kaldırıp 4 pozisyonuna yerleştirin. (2)

adımını tekrarlayın.

(4) 4 pozisyonundaki jumperı kaldırıp 5 pozisyonuna yerleştirin. (2)

adımını tekrarlayın.

6. Frekans sentezörünün geçici cevabının ölçülmesi.

(1) 2, 5, 6, 7 ve 11 pozisyonlarına jumper yerleştiriniz.

(2) Osiloskop girişini TP6’ya bağlayınız. Tablo 15-6’daki giriş

frekansındaki her ani değişim için frekans sentezörünün geçici

cevap eğrisini ölçün ve kaydedin. Tablo 15-6’daki her geçiş için

oturma süresini ölçün ve kaydedin.

Giriş frekansında ani bir değişim üretmek için, örnek olarak

300kHz’den 400kHz’e, ilk olarak BCD değerini 300(300kHz)’e

ayarlayın ve daha sonra aniden yüzlük thumwheel’i 4(400kHz)’e

anahtarlayın.

(3) TP6 ve toprak arasına 10µF kapasite bağlayın. (2) adımını

tekrarlayın ve sonuçları Tablo 15-7’ye kaydedin.

TP7(fout):

15-18

Deney 15-2 Ön Bölücü kullanarak Frekans Sentezörü

1. 2, 3, 6, 7, 8 ve 12 pozisyonlarına jumper yerleştirin. Bu işlem, Fig.

15-4’de gösterildiği gibi ön bölücü kullanılarak bir frekans sentezörü

gerçeklenmesini sağlar. fR=0.5KHz ve P=10 olarak ayarlayın.

2. Tablo 15-8’deki farklı BCD thumbwheel değerleri için OUT, U7 pin1 ve

U7 pin12 üzerindeki işaret frekansını ölçün ve kaydedin.

3. U7 pin1 işareti ile OUT ‘u karşılaştırın. U7 pin1 işaretinin faz

kaymalarını Tablo 15-8’e kaydedin.

4. U7 pin12 işareti ile OUT ‘u karşılaştırın. U7 pin12 işaretinin faz

kaymalarını Tablo 15-8’e kaydedin.

5. 3 pozisyonundaki jumperı kaldırıp 4 pozisyonuna yerleştirin. 2’den 4’e

kadar olan adımları tekrarlayın.

6. 4 pozisyonundaki jumperı kaldırıp 5 pozisyonuna yerleştirin. 2’den 4’e

kadar olan adımları tekrarlayın.

Deney 15-3 Frekans Çevirici kullanarak Frekans Sentezörü

1. 2, 5, 6, 7, 10 ve 13 pozisyonlarına jumper yerleştirin. Bu işlem, Fig.

15-6’da gösterildiği gibi frekans çevirici kullanılarak bir frekans

sentezörü gerçeklenmesini sağlar. fR=0.5KHz ve fL=1MHz olarak

ayarlayın.

2. Osiloskop yada frekans sayıcı kullanarak, TP9 üzerinden lokal

osilatörün çıkış frekansını ölçün ve kaydedin.

Ölçülen frekans fL=……………………

3. Tablo 15-9’deki farklı BCD thumbwheel değerleri için OUT(fo), ve U11

pin5 üzerindeki frekansları ölçün ve kaydedin.

4. U11 pin5 üzerindeki frekans, çıkış frekansının lokal osilatör frekansı

farkına fo-fL eşit olmalıdır.

15-19

Tablo 15-1 Referans frekans ölçümü.

Test Noktası Frekans Dalga Şekli

TP2

TP1

U2

pin12

U1

pin 12

TP4

15-20

Tablo 15-2 VCO giriş gerilimi - çıkış frekans karakteristiği

TP6

Giriş DC Gerilimi (V)

OUT

Çıkış Dalga Şekli&Frekans (KHz)

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

15-21

Tablo 15-3 VCO giriş voltajı vs çıkış frekans karakterleri(VR2 bağlı)

TP6

Giriş DC Gerilim (V)

OUT

Çıkış Dalga Şekli&Frekans (KHz)

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

15-22

Fig. 15-16 Çıkış frekansı – giriş gerilimi karakteristiği.

Fig. 15-17 Çıkış frekansı – giriş gerilimi karakteristiği.

Giriş Voltajı

(V)

Çıkış

Sinyal

Frekansı

(kHz)

Giriş Voltajı

(V)

Çıkış

Sinyal

Frekansı

(kHz)

15-23

Tablo 15-4 Faz karşılaştırıcı frekansları.

Jumper

Pozisyon

Setting

Değeri

TP4

Frekansı

TP8

Frekansı

Çıkış

Frekansı

001

005

015

025

035

045

055

3

065

075

085

095 4

100

200

300

400

500

600

700

800

900

5

999

15-24

Tablo 15-5 fin/fout ölçümü.

Jumper

Pozisyon

Setting

Değeri

U10 pin4

Frekansı

(fin)

TP7

Frekansı

(fout)

Calculated

fin/fout

TP8

Frekans

001

005

015

025

035

045

055

3

065

075

085

095 4

100

200

300

400

500

600

700

5

800

15-25

Tablo 15–6 Frekans sentezörünün geçici cevabı.

Giriş Frekansı

(KHz)

Geçici Cevap

(transient response) Oturma Süresi

100 to 200

200 to 300

300 to 400

400 to 500

500 to 600

600 to 700

15-26

Tablo 15-7 Frekans sentezörünün geçici cevabı(10µF bağlı)

Frekans Değişimi

(KHz) Geçici Cevap Oturma Süresi

100 to 200

200 to 300

300 to 400

400 to 500

500 to 600

600 to 700

15-27

Tablo 15-8 Ön bölücü kullanarak frekans sentezörü

Jumper

Pozisyonu

Setting

Value

OUT

Frekansı

U7 pin1

Frekans & Faz

U7 pin12

Frekans &Faz

001

002

003

004

3

005

010

020

030

040

045

050

4

055

060

065

070

075

080

085

090

095

5

100

15-28

Tablo 15-9 Frekans çevirici kullanarak frekans sentezörü

Setting Value OUT

Frekansı

U11 pin5

0Frequency

300

301

302

303

304

305

306

307

308

309

310

311

312

313

15-29

15.5 SORULAR

1. Referans frekansı ve programlanabilir bölücü kısımlarındaki JK flip-flop

yapılarının(U5a, U5b) görevini tanımlayınız.

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

2. CD4046 ‘da ki faz karşılaştırıcılarına giren işaretlerinin uyması gereken koşulları

tanımlayınız.

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

3. PLL kısmındaki VCO’nun frekans aralığı nedir?

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................

............................................................................................................................