基于cd4046锁相环频率合成器设计

基于cd4046锁相环频率合成器设计内容摘要：

102R510KGND+5VR451KRP2100KC830pFGND12345678161514131211109S1SWDIP8P148 排针GND+5VVCOCOMPCOMP1C11104GNDD1R15470R710KVCO1100Hz1KHz10KHz100KHzP202 排针VCOVCO130pC230pC3J04J15J26J37CLK1CO/ZD14J410CI/CE3J511SPE15J612APE9J713CLR2VCC16GND8U18CD40103GND+5V+5V12345678161514131211109S2SWDIP8P188 排针GND+5VCOMP4C21104GNDR3310KVCO1P252 排针VCOVCO1GND 图 4：电路原理图 1000321024018910 11 12 13 14 16 17 181920212223252627282930019101112131415168765432187654321 16151413121110998765432112345678123211 2 32121211212211221212123 12 1 2 1 2 1211212341 2 3 48 7 6 5 4 3 2 11212121212129 8 7 6 5 4 3 2 11 2123123 12312312 39 10 11 12 13 14 15 161234567812346714910131181251234567 891011121314910111213141516876543219101112131415168765432191011121314151687654321 1234567816151413121110991011121314151687654315149 10 11 12 13 168 7 6 5 4 3 2 1122 11212 图 5：电路 PCB图 13 八、电路调试 本实验电路采用分模块设计，各个模块间利用短路帽进行连接，断开短路帽时可以分模块调试，确保每个模块电路调试成功后，再进行整个电路的联合调测，最后进行测试输出结果。 一、测试 晶振模块：接入 VDD+5V电源，首先，测试 74HC04 非门工作情况，用双踪示波器观察输入输出情况（信号由函发提供矩形波），两波形反相对称则说明反相器工作稳定。 然后，测试模块振荡输出，当示波器显示 2MHz的正弦波时，表示晶振起振成功并 且稳定，若波形出现谐波失真可以通过改变 C C2 谐振电容对振荡波形进行微量调整，为了提高稳定度，晶振模块 采用贴片元件，并对晶振点胶加固 处理。 二、测试 N 分频模块：首先确定排阻共电源端是否正确，对八位拨码开关电平进行测量，并测试芯片置零、置一端口是否虚焊。 然后，分两级调试 CD40103，输入信号、 调整拨码，用示波器观察 单级 分频是否工作，前级成功后继续联调，实际测试中由于前期错误选用HCF40103 而导致 N 分频无法工作，修正芯片之后电路正常运行。 （在帮助同学调试过程中出现如下问题：排阻接反、部分引脚虚焊等问题）。 三、测试 M 分频模块：首先，测试 74HC74二分频是否正常，观察输入 、 输出波形频率。 然后，保持输入信号，测试 CD4017 各级是否工作，并对分频精确度做进一步估计，若误差较大、波形较差则考虑更改方案。 实际测试中因为 CD4017 末级接触不良而导致输出不稳定，于是采取 点胶加固 的方法 ，并对焊点重新焊接。 四、测试 CD4046 锁相环模块：将模块与其他模块跳帽连接断开，在 R1 选用 20K 蓝色精密可调电阻（调整至 10K 左右）， C1 插入 10P电容， C2 插入 10uF 电解电容，用示波器测试 CD4046 的第 4 脚，为 14 中心频率方波， 调节 R1 滑动变阻器，使得中频在 650KHz左右。 用跳线帽将 CD4046 的 4 管脚短接， R3 选用 200K 蓝色精密可调电阻（调整至 100K 左右），在 14 脚用函数信号发生器输入 400KHz1MHz频率信号，用万用表测量第一管脚电压示数或者示波器观察 4 脚频率示数，通过调节 R3 使得 4046入锁出锁频率在 400KHz1MHz 之外，并且在 400KHz1MHz频段能过锁住频率。 五、进行整个系统的联合调测：跳帽将各个模块连接，首先测试振荡和 M分频是否输出 100Hz，若无输出继续分级调试，并观察波形和频率精确度。 然后，将 N 分频模块与 CD4046引脚 4 相连，测试14 脚是否有输出，调整拨码开关，观察输出现像是否符合理论值，适当靠近芯片电源端排布滤波电容，改善波形，同时，对精确度要求较高部分采 用贴片或者点胶加固。 最后，对覆铜板抗腐蚀 隔离，采用酒精融化松香，均匀涂抹在铜线表面，待酒精挥发，松香编均匀覆盖在铜板表面，可达到隔离汗液、加固、防止氧化等效果。 ★振荡及 M 分频模块测试数据： 晶振产生的频率 f0（ Hz） 第一次一百分频 f1（ Hz） 第二次一百分频 f2（ Hz） 第三次二分频 f3（ Hz） 第四次十分频 F4（ Hz） 第五次二分频 F5（ Hz） 1MHz 100KHz 10KHz 1KHz 100 ★ N 分频模块测试数据： 输入信号：由振荡与 74HC74二分频提供 1MHz信号源 拨码盘 理论输出频率 f（ Hz） 实际输出频率 f（ Hz） 01100011 01100011 100Hz 100HZ 01100011 00110001 200Hz 200Hz 00110001 00110001 400Hz 400Hz 00001001 00001001 10KHz 10KHz 15 00000100 00000100 40KHz 40KHz 00000001 00000001 250KHz ★ CD4046锁频模块测试数据： R1： 203滑阻（实际 10K） R3： 204滑阻（实际 100K） C1: 10P 瓷介电容 C2: 10uF 电容 400K1MHz 是否锁定 出锁频率 正常 ★ 课程设计验收测试数据： 01100001 00101000 10100000 00101110 01100010 01100100 九、集成电路设计心得体会 实验心得 —— （ 111202008） 通过此次集成电路课程设计，使我更加扎实的掌握了有关 CMOS、锁相环等方面的知识。 在电路设计及调试过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，这也暴露出了前期我在这方面的知识 的 欠缺和 电路设计方面的经验不足， 实践出真知，通过亲自动手制作、调试，使我掌握的知识不再是纸上谈兵。 这次课设罗老师给的任务是 400HZ1MHZ 都能锁定 ，步进 100HZ，拓展部分为软件功能实现。 刚拿到题目的时候真是慎得慌，从来没有尝试过完成这样连电路图都没有给的课设，不过还是硬着头皮也要拿下。 首先是电路原理图的设计，在参考了往届学长学姐的的设计后， 16 得到了一些设计的思路， 对电路的设计在框架上有了大致的了解。 在大哥的带领下我们班的电路 成功的设计好了，接下来 就是板制、焊接等扫尾工作。 这样制好的板一定是不能完成老师的要求，拿着在宿舍焊好的板带上一堆电容和可调电阻就来实验室调试了。 整个调试过程比较困难，大家一起在实验室里调试。 由于课设安排在考试周，大家 都想早早完成任务。 调试过程也对团队精神的进行了考察，让我们在合作中更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。 我是三个部分分开调试，首先调试的是起振分频部分，在每一个级 进行测试频率是否和预想的一样， 结果 频率都符合要求，而且波形漂亮且稳定，这是在这次课设中最顺利的部分。 接着是锁相环，调的过程比较困难 ，在互相交流合作中，探讨电阻、电容选取的合理性，这进一步加深了对芯片资料的学习。 最后调试做的第二块 N 分频 ，这部分遇到了较大的困难，芯片的问题以及分频难以满足要求，经过更换芯片还是顺利调试成功。 在 三个部分调好后整合起来又 出现了点问题， 重新退回到模块调试，如此凡此多次后 最终 还是 成功了。 过而能改，善莫大焉。 在课程设计过程中，我不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的锁相环知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的内容。 这次课程设计中所体现出来的问题，使我们意识到了自己的不足，很多数电课上学习的东西都已遗忘，只能临时查阅相关资料，暴露了学习 和实践运用 上的问题。 不过这次的实验是两个人 一组，通过合作解决问题的速度也加快了，体会到合作的好处。 另外，我们应该一方面在学校组织的实践机会上认真练习，更要自己给自己创造机 17 会，多练习，多思考。 实验心得 —— （ 111202009） 集成 电路实验就是对集成课本的理论知识的巩固和应用，本次的集成电路设计和以往的课程设计 不同 ，提高到设计层面上，对同学们的设计、调试等提出了更高的要求。 在设计的过程中，由于自身的设计方案区别于其 他班级，碰到困难只能独自承担，加上期末考试的压力，产生了厌烦心理，对于同学们的不闻不问只等结果的态度感到失望，但是又寄托着一个班的希望，只能咬牙坚持设计。 从最简单的振荡到最终电路成型，夹杂了许多的失落和汗水，设计完成那一刻，好像如释重负，在购买到原件之后，着手带领班级制板、焊接，到了调试有只剩我一个人孤军奋战，每个人工程师对自己设计的电路都充满着好奇心，希望得到完美的结果，焊接完成之后便带着激动地心情一人回到实验室继续调试。 调试之初， 振荡和 M 分频模块平稳工作， 100Hz 输出一次成功，波形也十分完美 ，但是 N 分频却迟迟没有现象，输入脉冲却没有输出，经过核对置零和置一引脚等设计基本吻合，编萌生了芯片有问题的想发，设计时提供的 CD40103购买时却成了。