Mich würde interessieren ob schon jemand eine PLL Schaltung nur mit Standard-Bauteilen aufgebaut bzw. entworfen hat. Also ohne die Verwendung eines fertigen IC's.
Da ich mich in diesem Bereich näher beschäftigen will aus Interesse hab ich mal folgendes recht informatives Dokument gefunden:
Kennt wer dieses Dokument? Kann jemand auch andere Bücher zu diesem Thema empfehlen? TU Bibliotheksausweis hab ich. :)
PS:
Herum experimentieren werde ich aber nicht bezüglich EMV. Will ja meine Nachbarn nicht ärgern. :) Aber die verwendeten Hintergrundschaltungen würde ich schone gerne kennen.
mit der CMOS 4000 Serie
War in den 90iger als die 80-Kanal CB-Funken aufkammen und noch relativ teuer waren. Hatte damals aus einen preiswerten 40-Kanalgerät ein 100-Kanalgerät gemacht ;-)
4046 als Phasenvergleicher
zwei 4026 für die Kanalauswahl
und noch eine Menge andere 4000-ICs.
Mich würde interessieren ob schon jemand eine
PLL Schaltung nur mit Standard-Bauteilen aufgebaut
bzw. entworfen hat. Also ohne die Verwendung eines
fertigen IC's.
Definiere "Standard-Bauteil" bzw. "fertiges IC".
Sind integrierte Standard-OPV erlaubt? Integrierte
Frequenzteiler a la 74HC(T)xy? Ein 74HCT86 als
Phasencomparator?
PS:
Herum experimentieren werde ich aber nicht bezüglich EMV.
???
PLL funktioniert auch im NF-Bereich wunderbar. Einen
brauchbaren VCO bekommt man vermutlich mit einem 555
hin; als Phasencomparator soll ein XOR-Gatter geeignet
sein (beides noch nicht selbst getestet); Frequenzteiler
geht mit Standard-Logik.
Ein 4046 (bzw. eine der vielen Varianten) ist dagegen
quasi der Arduino der PLL-Technik... :)
Will ja meine Nachbarn nicht ärgern. :)
Übertreibung.
Bei Beachtung einiger weniger Grundregeln stehen die
Chancen sehr gut, dass man niemanden stört.
Aber die verwendeten Hintergrundschaltungen würde ich
schone gerne kennen.
Dann los... Oszi vorheizen und Lötkolben kalibrieren...
Sind integrierte Standard-OPV erlaubt? Integrierte
Frequenzteiler a la 74HC(T)xy? Ein 74HCT86 als
Phasencomparator?
Muss zugeben Standard-Bauteile ist etwas schwammig formuliert. Natürlich können auch Standard Logik-Bausteine und Operationsverstärker eingesetzt
werden.
PS:
Herum experimentieren werde ich aber nicht bezüglich EMV.
???
PLL funktioniert auch im NF-Bereich wunderbar. Einen
brauchbaren VCO bekommt man vermutlich mit einem 555
hin; als Phasencomparator soll ein XOR-Gatter geeignet
sein (beides noch nicht selbst getestet); Frequenzteiler
geht mit Standard-Logik.
Ein 4046 (bzw. eine der vielen Varianten) ist dagegen
quasi der Arduino der PLL-Technik... :)
Danke für die Information. PLL war halt immer eine Black-Box für mich. Eigentlich lernte ich als Azubi nur den Begriff und was die Schaltung machen sollte in der Schule. Verwendet hab ich sie relativ wenig. Muss erst eine höhere Ausbildung nachholen, was ich auch vor habe.
Will ja meine Nachbarn nicht ärgern. :)
Übertreibung.
Bei Beachtung einiger weniger Grundregeln stehen die
Chancen sehr gut, dass man niemanden stört.
Ja, stimmt schon. Muss ja nicht gleich eine VCO Frequenz von >20MHz sein.
Aber die verwendeten Hintergrundschaltungen würde ich
schone gerne kennen.
Dann los... Oszi vorheizen und Lötkolben kalibrieren...
Mein privates Hantek DSO "müsste" eigentlich dafür mit seiner 250MHz Bandbreite locker reichen. Interessieren würde es mich auf jeden Fall.
Muss zugeben Standard-Bauteile ist etwas schwammig
formuliert. Natürlich können auch Standard
Logik-Bausteine und Operationsverstärker eingesetzt
werden.
Okay... dann hatte ich Dich ungefähr richtig verstanden.
PLL war halt immer eine Black-Box für mich. Eigentlich
lernte ich als Azubi nur den Begriff und was die
Schaltung machen sollte in der Schule. Verwendet hab
ich sie relativ wenig. Muss erst eine höhere Ausbildung
nachholen, was ich auch vor habe.
Ja, ich verstehe.
Die komplette Theorie hinter der PLL ist nicht ganz banal;
es hilft schon sehr, wenn man nicht schon bei der ersten
auftauchenden Formel Schnappatmung bekommt... :)
Auf der anderen Seite lassen sich die Konzepte "Regelkreis"
und "Differenzmischung" auch ingenieurmäßig pragmatisch
verstehen; man MUSS ja die mathematische Durchdringung
nicht gleich an den Anfang stellen...
Muss ja nicht gleich eine VCO Frequenz von >20MHz sein.
Ja... davon würde ich für den Anfang ohnehin abraten.
Das bringt nur technische Komplikation ohne echten
Mehrwert für das eigene Verständnis.
Die Frequenz schraubt man dann hoch, wenn man es wirklich
braucht -- und das Konzept bereits verstanden hat.
Mein privates Hantek DSO "müsste" eigentlich dafür mit
seiner 250MHz Bandbreite locker reichen.
Witzbold :)
Der VCO im 74HC4046 arbeitet bis ungefähr 5MHz (oder ein
wenig drüber); damit lässt sich sehr schön experimentieren.
Das DaBla, dass mir damals vorlag, erklärte auch haarklein,
wie alles zusammenspielt und wie die externen Bauteile zu
dimensionieren sind.
Hier ist ein solcher Aufbau aus den 80er Jahren gezeigt und beschrieben,
Technik: ECL, LS-TTL und CMOS.
Es handelt sich um einen VHF-Synthesizer mit Dual-Modulus Frequenzteiler, also ohne Rückmischung oder fester Vorteilung. Dieses Verfahren war Ende der 70er Jahr in Flugfunk und Navigationsgeräten üblich. Es gab damals von Motorola und Plessey sehr interessante Bauteile. Ich baute mir damals in 1979 nach diesem Verfahren den gezeigten Synthesizer für ein Eigenbau 144MHz Amateurfunk Transceiver.
Das Dual Modulus Verfahren hat den großen Vorteil, das Kanalraster direkt ohne Vorteilung zu ermöglichen.
95H90, 11C10, SP8690 u.v.a. Plessey stellte schnelle Vorteile in Low Ypower her, während einige ziemlich große Stromfresser waren.
Heutzutage findet man alle die in meiner gezeigten PLL schön in ein einziges IC verpackt. Mit allem Drum und dran. Analog Devices hat sogar PLLs komplett integriert, sogar der VCO.
Aber mehr Spass macht der diskrete Aufbau schon und man lernt viel dabei.
HP 3325A ist komplett diskret und so ziemlich das heftigste, mit Fractional N Teiler etc
Heutzutage kann man zum basteln 95% davon in FPGA wursten, VCO+Regelschleife und Phasen-Comperator vieleicht noch diskret, den Rest gross mit TTL rummachen ist nur extra Aufwand ohne Mehrwert.
Herum experimentieren werde ich aber nicht bezüglich EMV. Will ja meine
Nachbarn nicht ärgern. :)
Das ist alles eine Frage der Frequenz und des Aufbaus.
Wenn du die PLL kompakt, d.h. ohne meterlange, abstrahlende Drähte aufbaust und die mit gezähmten Flanken auf einer Frequenz von einigen Kilohertz läuft, tust du damit niemandem weh.
Also - was soll das werden?
Ein paar mehr Infos bitte.
Herum experimentieren werde ich aber nicht bezüglich EMV. Will ja meine
Nachbarn nicht ärgern. :) Aber die verwendeten Hintergrundschaltungen
würde ich schone gerne kennen.
Wieso nicht? Du kannst auch ein PLL bauen was auf 10kHz läuft. Oder 1MHz. Oder 200MHz. Der PIC32 hat ja auch 200MHz Takt. Daher, so lange man nicht auf eine Antenne geht, würde ich da mir nicht so viele Sorgen machen.
Und wenn man da schon etwas dann, am besten Herum experimentieren. Erstmal einfachste Schaltung was man findet bauen und schauen, messen, lernen :)
Ich sage es mal so. Einfachste Dinge klappen auch nicht immer gleich. Daraus kann man dann lernen!!!!
Herum experimentieren werde ich aber nicht bezüglich EMV. Will ja meine
Nachbarn nicht ärgern. :) Aber die verwendeten Hintergrundschaltungen
würde ich schone gerne kennen.
Dann fang am besten mit dem 4046 an.
Der 74HC4046 wäre da viel gefährlicher.
Auch recht interessant: der NE567. Die andere Vertreter dieser
Spezies, wie NE560, NE561, ... wird man heute ja kaum noch bekommen.
Auch ICs um FM-Stereo zu dekodieren, enthalten häufig PLLs.
Es gibt also keinen Mangel an interessanten Versuchsobjekten.
Für Experimente empfiehlt es sich auch, einen /speziellen/ Generator
ayfzubauen, der jeweils einstellbar /gleichzeitig/ ein Dreieck und
ein dazu phasenstarres Rechteck ausgeben kann.
Für Experimente empfiehlt es sich auch, einen /speziellen/ Generator
ayfzubauen, der jeweils einstellbar /gleichzeitig/ ein Dreieck und
ein dazu phasenstarres Rechteck ausgeben kann.
Jeder Komparator schafft es, aus einem Dreieck ein phasenstarres Rechteck zu erzeugen. Da braucht man keinen /speziellen/ Generator.
Für Experimente empfiehlt es sich auch, einen speziellen Generator
ayfzubauen, der jeweils einstellbar gleichzeitig ein Dreieck und
ein dazu phasenstarres Rechteck ausgeben kann.
Jeder Komparator schafft es, aus einem Dreieck ein phasenstarres
Rechteck zu erzeugen.
Wofür Dreieck? Ich habe schon sehr viel mit PLLs gearbeitet und
habe dafür noch nie ein Dreieck-Signal gebraucht. Völliger Unfug,
es seit denn man liefert eine Begründung zur Verwendung.
Wofür Dreieck? Ich habe schon sehr viel mit PLLs gearbeitet und
habe dafür noch nie ein Dreieck-Signal gebraucht. Völliger Unfug,
es seit denn man liefert eine Begründung zur Verwendung.
Wirklich sehr viel kann es nicht gewesen sein. Und mit der Ansprache
kannst du dir deine Begründungen selbst suchen.
Rätselraten - was soll die PLL liefern? Da stehen zwei Zahlen am Referenzoszillator, die PLL ist nicht einstellbar, also fest für eine Frequenz ausgelegt.
238 ÷ 8,867 = 26,841096199
Klingt nach CB-Frequenz. Aber "hingerotzt" ohne Erklärung reicht nicht.
Hingerotzte "Tatsachen", Bildchen, Behauptungen ....
Keine Anworten bzw. Eingehen auf Nachfragen zur Klärung ....
---> Don't feed the troll(s).
Und völlig /inhaltsleere/ Posts, der "schon sehr viel mit PLLs
gearbeitet" haben will. Davon sehe hier nichts.
Nicht mal Vorschläge zu interessanten Bausteinen.
Der Widerange Oszillator des Chips macht Konstruktionen einfach und führt recht schnell zu ersten Erfolgen. Dazu dann ein paar Teiler-IC (z.B. 4518 oder 4520) und einen Festfrequenzoszillator und man hat alles, was man braucht um sich eine programmierbare PLL zu basteln.
Das CMOS Kochbuch von Don Lancaster ist dazu ein sehr hilfreiches und praxisnahes Buch.
Ich habe damit z.B. früher mal einen Pixelclock Generator gebaut, um Fernsehen auf einem Schreibmaschinen LCD zu gucken.
Schau Dir mal den Interpolationsoszillator 50kHz an. Schaltplan Seite 54, Erklärung auf Seite 66.
Du kannst Dir auch andere Manual vom ESVP/EHS3, SMG/SMH, SMPD, FSA, CMT ansehen. Da wurden die PLL oft nur mit Flip Flop aufgebaut.
Ich sag mal 8,8MHz :10 x 16 =14,1875 MHz = 20m-Band
Die Schaltung ist aus einem Homecomputer, dem KC85.
Der Quarz läuft auf der zweifachen Farbträgerfrequenz.
Aber solche Details wie Frequenzen, Teiler, Loopfilterbandbreite oder gar Phasenrauschen sind für den TO vorerst nicht relevant.
Man braucht einen Frequenzteiler, Phasendetektor, VCO
und ein Schleifenfilter. Statt Frequenzteiler könnte
man die VCO-Frequenz auch mit einen Quarzoszillator
heruntermischen. Als Phasendetektor kann man auch
gut eine XOR-Schaltung benutzen.
Hohe VCO-Frequenzen erzeugt man mit LC-Oszillator
und Kapazitätsdiode.
Na ja. Auch minimale performance. Für den Entwurf von
Frequenzsynthesizern hat er einen üblen Ruf. LED blinken
lassen auf 'ner Oberwelle mag was anderes sein.
Er leidet an Totzeit-Effekten, was dazu führt dass aus-
gerechnet im Einrastpunkt die Verstärkung des Phasen-
diskriminators zusammenbricht.
Es gab von TI und anderen Versionen die das Verhalten
nicht hatten, haben sich aber anscheinend am Markt
nicht durchgesetzt.
U. Rohde und andere haben sich in ihren Veröffentlichungen
ausgiebig damit auseinandergesetzt.
Ein gutes Gegenbeispiel ist der Phasendetektor AD9901.
Er hat einen Trick, um die nichtlinearste Stelle der
Komparatorkennlinie vom Lock-Punkt zu den Grenzen des
Phasenbereichs zu schieben.
Funktioniert richtig gut, ich hab' sein Innenleben auch
mal in ein Xilinx-Coolrunner2 verpackt. Den Schaltplan
als VHDL abtippen reicht.
Es gab übrigens eine Variante des CD4046 als CD9046 bei dem der Totzeit Effekt behoben wurde. Auch einige frühe Modelle der Motorola MC145 Serie hatten das Problem auch, z.B. der MC145152. Der MC145159 war übrigens einer der besseren Typen. Es gab auch PLL-PhasenDetektoren mit Rampe und S&H. PLESSEY hatte auch ein reichhaltiges PLL-Bausteinangebot. Auch NXP hatte professionelle PLL Serien wie den HEF4750/51.
Viele moderne PLL Bausteine lassen sich übrigens bequem mit SPI oder I2C von uC ansteuern.
Typische digitale Phasen Detektoren verhalten sich übrigens je nach Betrieb entweder als Frequenzdiskriminator oder Phasen Detektor. Ausserhalb eines Signal Frequenz Unterschieds von +/- 2PI benimmt sich die Schaltung als Frequenz-Diskriminator, was sich durch Extrem Ausgangsspannungssprünge bemerkbar macht. Je nach Verhältnis Fv > Fr steuert die Schaltung dagegen um den VCO in die korrekte Richtung zum Einfangen zu steuern. Sobald der VCO die gleiche Frequenz hat, also Fv = Fv ändert sich das Verhalten und die Schaltung wird theoretisch linear, sodass sich die Ausgangsspannung des Schleifenfilters im Bereich von +/- 2PI linear verhält. Gewisse Implementationen, wie der 4046 oder der MC145151/2 leideten unter dem von Gerhard erwähnten Totzeit-Problem. Für normale Funkgerätansprüche kann man allerdings damit leben. Meßsenderhersteller würden sich allerdings nicht damit zufrieden geben, weil dieser Totzeiteffekt ein zusätzliche Phasenunsicherheit hervorruft, die das mögliche Phasenrauschenverhalten der Gesamtschaltung beeinträchtigt.
U. Rhode ist für sein PLL Synthesizer Buch sehr bekannt und behandelt diese Aspekte dort sehr ausführlich.
Einfache Phasendetektoren wie z.B. ein XOR oder Ringmischer, Diode hat nur einen Fangbereich von +/- PI. Um dieses Problem zu umgehen muß die Schaltung eine "Fangfunktion" aufweisen, die im ausgerasteten Zuststand den VCO über den Arbeitsbereich wobbelte, um die richtige Stelle zu durchfahrdn, wo der beschränkte PD dann "zuschlagen" konnte. Der digitale PD ist in der Hinsicht solchen Schaltungskonzepten klar überlegen. Allerdings sind "lineare" PD wie Ringmischer dafür bekannt, sehr sauber zu arbeiten.
In früheren Schaltungen wurden digitale PD oft mit zwei FFs und NANDs gebaut. Die Funktionierten auch nicht schlecht. Die früheren Flugfunk Funkgeräte waren in der ersten Zeit meist so konzipiert.
Die PD Ausgänge bei vielen PLL Bausteinen unterscheiden sich im elektrischen Verhalten. Es gibt z.B. beim 4046 einen Tri-State Ausgsng, der direkten Anschluss des Schleifenfilter möglich macht und oft in Funkgeräte Synthesizern verwendet wird und ein anderer der nur ein PWM Signal erzeugt, daß man durch ein geeignetes Schleifenfilter Design erst in ein DC Steuersignal umwandeln muß. Das macht man meist mit OPVs. Der 4046 hat dann noch einen XOR PD. Der hat nur einen beschränkten Phasenunterschied Bereich. Alle Funkgeräte Synthesizer benötigen falls sie zum Senden verwendet werden auch eine Verrieglungseigenschaft, die den Sender im ausgerasteten Zustand verriegelt, um nicht das Funkband mit Wobbelsignalen im VCO-Abstimmbereich zu verseuchen. Der CD4046 und alle LSI PLL ICs haben einen sogenannten "Lock Detector" Ausgang.
Die Abstimm-Dynamik der Schaltung wird durch das Design des Schleifenfilters maßgeblich bestimmt. Ähnlich wie eine PID Schleife, bestimmt die Schaltung und Dimensionierung des Schleifenfilters das Abstimmverhalten und die interne Schleifenstabilität der Gesamtschaltung. Schleifenfilter höherer Ordnung ermöglichen eine schnellere Anbindung der Frequenz beim Ein- oder Umschalten. Fehler in der Dimensionierung können sich durch Unstabilität oder grotten-langsames Einschwingverhalten bemerkbar machen.
In Funkgeräten dimensioniert man das Schleifenfilter oft so, daß Frequenzangleichung innerhalb von 100 Referenzfrequenzperioden erreicht wird. Das ist ein guter Kompromiss zwischen Stabilität und Umschaltgeschwindigkeit.
In FM modulierten Funkgeräten moduliert man meist den VCO indem man das Modulations Signal am Ausgang des Schleifenfilters hinzu addiert.
Wenn man das macht, muss allerdings die Kontroll-Bandbreite des Schleifenfilters berücksichtigt und so dimensioniert werden, sodaß z.B. Modulationsfrequenzen über 200-300 Hz nicht von der PLL als "Störung" ausgeregelt werden. Man legt also die sogenannte "Unity Gain" des Schleifenfilters auf ungefähr 200-300Hz. In Funkgeräten hat man dann immer noch akzeptable Kanalrasterumschaltgeschwindigkeit.
Dieses Begrenzung kann man aber mit einem Trick umgehen, indem man die tiefen Modulationsfrequenzen innerhalb der Schleifenbandbreite dem Referdnzoszillator zuführt und mitmoduliert.
Damit lässt sich dann FM bis auf Null Hz erreichen und erzielt eine Linearisierung des Modulationsfrequenzgangs. Diese Technik wird meist in "besseren", professionellen Funkgeräten ausgenützt. Hat natürlich den Nachteil, daß man quasi den Referenzoszillator selber entwickeln muß, weil OTS Quarzoszillator Module meist keinen geeigneten Eingang dafür besitzen.
Mit modernen CAD Programmen kann man PLL-Schaltungen simulieren und berechnen. Firmen stellen solche Programme frei online zur Verfügung. In der ersten Ausgabe des U.Rohde Synthesizer Buchs, gab es dort den Quellcode eines solchen Programms in FORTRAN, mit dem man die Schleifenfilter Komponentenwerte berechnen und dann auch graphisch simulieren konnte. Ich portierte damals dieses Programm von FORTRAN auf QB45.
Was mich betrifft, faszinierte mich PLL Synthesizer schon seit den 70ern. Ich hoffe ihr fandet meine Text nicht zu langweilig und lang zum Lesen.
nur mit
Standard-Bauteilen aufgebaut bzw. entworfen hat. Also ohne die
Verwendung eines fertigen IC's.
4046 ist ein fertiges IC. Die ICs von Plessey ebenso.
Standardbauteile bedeutet also: Elektronenröhren, Transistoren, Dioden, R L C. In jedem Schwarzweiß-Fernseher der Anfangszeiten war eine PLL ohne ICs verbaut für die Bildsynchronisation.
Ah, das Costas-Loop-Buch kannte ich nicht.
Aus der Äthiopischen Uni-Bibliothek. Die Welt ist ein Dorf.
meine Costas-Loops waren voll digital. ADC auf der 70MHz-IF,
ab in ein Virtex mit DDS als als VCO usw.
R.B.: Theorie & Anwendungen des Phase-locked Loops
VDE-Verlag, AT-Verlag ISBN 3-85502-132-5
Ich hab' mal von Winfield Hill ein pdf von Art Of Electronics
Ed 3 bekommen. Er meinte, das wäre in Indien gescannt worden
und damit kommerziell gestorben. Er war ein regular
im usenet, sci.electronics.design. Es gibt Gerüchte von
einer Neuauflage der X-Chapters. Das würde erklären, warum er
komplett abgetaucht ist. War bei AOE3 auch so.
Was mich betrifft, faszinierte mich PLL Synthesizer schon seit den
70ern. Ich hoffe ihr fandet meine Text nicht zu langweilig und lang zum
Lesen.
Bist du Ghostwriter für ChatGPT? ;-)
Frei nach Goethe "Verzeihen Sie meinen langen Beitrag, ich hatte keine
Zeit für einen kurzen."
Wie kommst Du darauf? Ich nix verstehen;-) ich dachte, es interessiert
den einen oder anderen, auch wenn es für die Experten hier alter Hut
ist.
Mein Beitrag war frei nach meiner Schnauze geraten und 100% frei von KI
Unterstützung. Abgesehen davon, würde es von einer KI wesentlich besser
formuliert sein.
Apropro Costas Loop: Um 1999 herum entwickelte ich in der Arbeit ein auf 10kHz arbeitendes elektromagnetisches 50-110Bd Modem mit der Costas Loop. Da ging es um in einem SAGD(*) System, um Telemetriedaten zwischen zwei Bohrgestängen im Abstand von 5-20m voneinander zu übertragen.
Der Sender hatte eine eingebettete Sendespule am speziell dafür hergerichteten Bohrkörper aussen in einer Vertiefung angebracht. Drinnen befand sich die Telemetrie Elektronik mit HC11 und ein 100W "Sender" mit MOSFET Endstufe der die auf 10kHz abgestimmte Spule aussen erregte. Versorgt wurde diese Elektronik von zahlreichen 20Ah Lithium Zellen zusammen mit 48V im Bohrstrang eingebettet.
Mit einer abgestimmten Ferritantenne im zweiten Gestänge auf gleicher Höhe wurde das Signal empfangen und dekodiert und dann mit einem Standard 1200Bd Modem über das lange Versorgungskabel über 1km zur Oberfläche geschickt. Das BPSK Modem war so empfindlich, dass es bis zu -20dB SNR funktionierte. War damals ein faszinierendes Projekt für mich in der Arbeit und funktionierte.
in meinem vorherigen Beitrag formulierte ich einen Absatz falsch:
"Wenn man das macht, muss allerdings die Kontroll-Bandbreite des
Schleifenfilters berücksichtigt und so dimensioniert werden, sodaß z.B.
Modulationsfrequenzen über 200-300 Hz nicht von der PLL als "Störung"
ausgeregelt werden. Man legt also die sogenannte "Unity Gain" des
Schleifenfilters auf ungefähr 200-300Hz. In Funkgeräten hat man dann
immer noch akzeptable Kanalrasterumschaltgeschwindigkeit."
Gemeint war:
"...sodaß z.B. Modulationsfrequenzen UNTER 200-300 Hz nicht von der PLL als "Störung" ausgeregelt werden."
