Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Phasenfrequenz-Detektor unter 1 k Hz


von Lea (lea_z)


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Hallo zusammen,

ich versuche gerade eine PLL im 100 Hz Bereich zu entwerfen. Leider habe 
ich keine fertigen Bausteine gefunden, weshalb ich diese nun modular 
aufbauen möchte. (Falls jemand aktuelle Bausteine dazu kennt, gerne auch 
Tipps) Dazu möchte ich für den modularen Aufbau den "Phase 
Detector/Frequency Synthesizer ADF4002" verwenden. Im Datenblatt steht, 
dass mit Slew Rate > 4V/us Frequenzen < 5 MHz erreicht werden können. 
Nun stellt sich die Frage, was ist kleiner als 5 MHz? Geht z.B. auch 150 
Hz?

Vielen Dank für die Hilfe.

: Bearbeitet durch User
von Motopick (motopick)


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> keine fertigen Bausteine gefunden

Ein "halbfertiger" waere der 4046.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

In dem Frequenzbereich wuerd' ich ja eher eine PLL mittels kleinem 
µController (NCO, DDS, etc. bla) realisieren.

Gruss
WK

von Bernd G. (Gast)


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Lea schrieb:
> Geht z.B. auch 150 Hz?

Selbstverständlich, aber du musst die Flankensteilheit garantieren, 
weiter nichts. 4 V/µS ist ja nun keine unerfüllbare Forderung.

von Rainer W. (rawi)


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Lea schrieb:
> Im Datenblatt steht, dass mit Slew Rate > 4V/us Frequenzen < 5 MHz
> erreicht werden können.

Im Datenblatt steht "For RF_IN < 5 MHz, ensure slew rate (SR) > 4 V/µs", 
d.h. du musst dafür sorgen, dass dein Signal steil genug ist.

Worauf bezieht sich dein Angabe "100 Hz"?
Ist das deine RF_In, deine VFO-Frequenz oder die Frequenz am 
Phasenvergleicher?

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Für Niederfrequenz wäre jeder "4046" geeignet, der alte CD4046 kann 
mehrere 100 kHz, die neueren 74HC(T)4046 können mehrere MHz.
Da steckt schon ein spannungsgesteuerter Rechteckoszillator drin, im 
Datenblatt gibt es sicher Schaltungsvorschläge.

Ich habe vor Jahren eine Schaltung mit dem 4046 aus Elektor nachgebaut, 
die rastete auf das hundertfache der Eingangsfrequenz ein. Damit konnte 
man die Auflösung eines gewöhnlichen Frequenzzählers um zwei Stellen 
erhöhen, ohne die Messzeit zu verlängern. Heute geht das bequemer mit 
Periodendauermessung oder Reziprokzählung.

https://www.nexperia.com/products/analog-logic-ics/synchronous-interface-logic/phase-locked-loops/74HC4046AD.html#t:documentation

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Lea schrieb:
> dass ... Frequenzen < 5 MHz erreicht werden können.
Wenn da solche Werte stehen, dann würde ich mich noch eine Zehnerpotenz 
drunter trauen. Aber über 4 Zehnerpotenzen? Das ist ja, wie wenn du zur 
Metzgereifachverkäuferin sagst: "Ja, klar, ein bisschen mehr darfs schon 
sein!" und die packt dann statt der 100 Gramm Leberwurst gleich 1 Tonne 
davon in dein Auto.

Bernd G. schrieb:
> Lea schrieb:
>> Geht z.B. auch 150 Hz?
> Selbstverständlich
Wenn schon das niedrigste Diagramm bei einer 10x höheren Frequewnz 
anfängt, dann macht mich das ziemlich stutzig. Das ist, wie wenn ich für 
Audiozwecke einen GHz-OP nehme und mich hinterher wundere, dass aus dem 
Ding im Großen und Ganzen ein Sender wird.

Lea schrieb:
> ich versuche gerade eine PLL im 100 Hz Bereich zu entwerfen.
Woher kommt das Originalsignal? Wie stark jittert es. Wie schnell und 
genau willst du es tracken? Welche Ausgangsfrequenz willst du daraus 
generieren?  Welchen VCO verwendest du?

> eine PLL im 100 Hz Bereich
Ich habe sowas in einen µC reingepackt. Der langweilt sich zu Tode.

von Lea (lea_z)


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Rainer W. schrieb:
> Lea schrieb:
>> Im Datenblatt steht, dass mit Slew Rate > 4V/us Frequenzen < 5 MHz
>> erreicht werden können.
>
> Im Datenblatt steht "For RF_IN < 5 MHz, ensure slew rate (SR) > 4 V/µs",
> d.h. du musst dafür sorgen, dass dein Signal steil genug ist.
>
> Worauf bezieht sich dein Angabe "100 Hz"?
> Ist das deine RF_In, deine VFO-Frequenz oder die Frequenz am
> Phasenvergleicher?

Der 100 Hz-Bereich bezieht sich auf RF_In. Die geforderte Steilheit kann 
ich mit meinem Signal einhalten.
Dann werde ich dieses Modul ausprobieren. Vielen Dank

von Mi N. (msx)


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Lothar M. schrieb:
> Bernd G. schrieb:
>> Lea schrieb:
>>> Geht z.B. auch 150 Hz?
>> Selbstverständlich
> Wenn schon das niedrigste Diagramm bei einer 10x höheren Frequewnz
> anfängt, dann macht mich das ziemlich stutzig.

"Nichts desto stutz" kann man das nicht so pauschal sagen. Die gezeigten 
Kurven beziehen sich auf den üblichen Anwendungsbereich und eine 
Signaleinkoppelung mit 100 pF. Bei DC-Einkoppelung könnte die Schaltung 
auch im sub-Hz-Bereich funktionieren, sofern die internen Teiler 
statisch arbeiten.

Nichts desto weniger ist ein 4046 natürlich die geschicktere Wahl. Wenn 
es auf schnelle Einschwingzeit ankommt, wäre ein µC - programmiert mit 
digitaler PLL - die beste Lösung.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Mi N. schrieb:
> Bei DC-Einkoppelung könnte die Schaltung auch im sub-Hz-Bereich
> funktionieren
Im Prinzip schon.

> "Nichts desto stutz" kann man das nicht so pauschal sagen.
Man bewegt sich ausserhalb der Zahlen vom Datenblatt, verwendet das Ding 
in einer Anwendung, die fernab des EVAL-Boards ist. Man findet also auch 
keine Erfahrungsberichte anderer Anwender und muss deshalb die und 
Beschaltung anhand der internen Struktur (die für sehr viel höhere 
Frequenzen ausgelegt und nur in einer Fußnote auf unter 5MHz erweitert 
ist und die man abgesehen von der Prinzipschaltung aus dem DB nicht 
kennt!) basierend auf dem eigenen Wissen völlig neu auslegen. Das 
fordert Erfahrung. Und wenn man die nicht hat, dann bringt es Erfahrung. 
Garantiert.

Lea schrieb:
> Dann werde ich dieses Modul ausprobieren.
Welches Modul? Ich denke, du hast keinen fertigen Baustein gefunden.

Ich würde übrigens für diese Untersuchungen das EVAL-Board nehmen und 
ggfs. modifizieren.

> ausprobieren.
Viel Erfolg, den Mutigen gehört die Welt!
Berichte, was dabei herausgekommen ist.

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Lothar M. schrieb:
>> ausprobieren.
> Viel Erfolg, den Mutigen gehört die Welt!
> Berichte, was dabei herausgekommen ist.

Naja, ich würde das nicht tun, weil die Erfolgschance eher bescheiden 
ist. Der gute, alte 4046 ist hier die optimale Wahl und man weiß, daß er 
funktioniert. Been there, used it. (1999, PLL zur Frequenzverdopplung 
eines VGA-V-Sync Signals für 3D Brille)

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Sie sucht ein Modul, also eine fertige Platine. Da gibt es leider nur 
Hochfrequenzmodule für mehrere GHz. Und zu den uralten 4046 gibt es 
wahrscheinlich auch kein evaluation board. Ali & Co haben eben nur den 
ADF4002 und ähnliches.
Vielleicht wäre ein DDS-Board eine Alternative, wir wissen ja nicht was 
die Schaltung erreichen soll. Platinen mit AD98xx sind haufenweise 
erhältlich, die kann man mit dem Arduino ansteuern, das geht bis < 1 Hz.

von Mi N. (msx)


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Lothar M. schrieb:
> Ich würde übrigens für diese Untersuchungen das EVAL-Board nehmen und
> ggfs. modifizieren.

Ich denke, das wäre nur sinnvoll, wenn solch ein Board schon auf dem 
Tisch liegen würde. Ansonsten klingt EVAL-Board nach teuer (171,20 € bei 
Mouser).
Wie gesagt, 4046 ist die einfachste PLL-Lösung. Nach einer Minute ist 
sie sicherlich schon eingeschwungen ;-)
Nur wissen Wir nicht, wozu diese PLL dienen soll.

Auch wenn man dazu keine fertigen "LIBs" im Netz findet, würde ich 
allein schon aus Neugier einen µC nehmen wollen. Die Einschwingzeit 
dürfte bei < 1 s liegen. ATtiny44 oder ATtiny2313, was man so in der 
Schublade findet.

von Mi N. (msx)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Sie sucht ein Modul, also eine fertige Platine.

Dann irgendein Arduino-Board.

von Michael M. (michaelm)


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Lea schrieb:
> ...weshalb ich diese nun modular aufbauen möchte...

Christoph db1uq K. schrieb:
> ...Sie sucht ein Modul, also eine fertige Platine...

Das klingt nach zwei grundverschiedenen Lösungen. ;-)
________________

> Ist das deine RF_In, deine VFO-Frequenz oder die Frequenz am
Phasenvergleicher?

Ist teils beantwortet, nämlich RF-in.
Wie hoch liegt die f am Ph.-Vergleicher?

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Vielleicht sind solche Details gut zu wissen:
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/pll4046.htm

"Wer glaubt, es genüge mit einer niedrigen sinusförmigen Signalfrequenz 
am Signal-Eingang Pin 14 - z.B. mit 50 Hz zwecks 
Netzfrequenzsynchronisation - zu arbeiten, wie dies das Datenblatt 
suggeriert, fällt sogleich auf die Nase. Es funktioniert auch dann 
nicht, wenn eine grosse Signalamplitude vorliegt."

Unter dem Link steht auch die Lösung dafür.

von Motopick (motopick)


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> Der 100 Hz-Bereich bezieht sich auf RF_In. Die geforderte Steilheit kann
> ich mit meinem Signal einhalten.

Die nicht vermeidbaren hochfrequenten Rauschanteile aus dem tiefsten
Inneren des ADF4002 werden dein Ausgangssignal ziemlich verderben.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Mein Vorschlag einen DDS zu nehmen läuft ja auf eine Software-PLL 
hinaus.

Außer den PLL-Chips von Analog Devices habe ich nur noch Module mit den 
alten LMX-Typen von Texas Instruments, früher National Semiconductor 
gesehen
https://www.ti.com/rf-microwave/rf-plls-synthesizers/products.html
aber die fangen erst bei 10 MHz Ausgangsfrequenz an.

https://www.analog.com/en/parametricsearch/11018#/sort=69,asc
die DDS-Chips von Analog Devices nach maximaler Taktfrequenz sortiert
Module gibt es z.B. für AD9833 und 9850
https://www.amazon.de/s?k=Ad9850
Das ist noch keine PLL, die Nachregelung müsste der Mikrocontroller 
übernehmen.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Mi N. schrieb:
> Die gezeigten
> Kurven beziehen sich auf den üblichen Anwendungsbereich und eine
> Signaleinkoppelung mit 100 pF. Bei DC-Einkoppelung könnte die Schaltung
> auch im sub-Hz-Bereich funktionieren, sofern die internen Teiler
> statisch arbeiten.

Genauso ist der Weg zur Hoelle gepflastert. Koennte sein, dass wenn bla, 
unter der Annahme, das...
Im fiesesten Fall funktioniert sowas dann auch erstmal 1A, geht in 
Serie, ein Jahr spaeter macht der Hersteller einen Die-shrink oder er 
aendert sonst einen Furz an dem Chip und ploetzlich geht ab da in deiner 
"Spezial"schaltung garnixmehr oder nur noch arg unzuverlaessig...
Dummerweise hast dann du und nicht der Chiphersteller den schwarzen 
Peter.


Gruss
WK

von Bernd G. (Gast)


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Ein anderer schöner Schaltkreis war der TLC2932. Leider obsolet, aber 
Rochester hat noch 70.000 Stück. Der funktioniert bis so tief runter.
Selbst so verwendet.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Dergute W. schrieb:
> Im fiesesten Fall funktioniert sowas dann auch erstmal 1A, geht in
> Serie, ein Jahr spaeter macht der Hersteller einen Die-shrink oder er
> aendert sonst einen Furz an dem Chip und ploetzlich geht ab da in deiner
> "Spezial"schaltung garnixmehr oder nur noch arg unzuverlaessig...
Ich glaube, das muss man einfach mal selber durchgemacht haben und auf 
die Nase gefallen sein, damit man sich klar macht, dass nur die Werte, 
die im Datenblatt **explizit** spezifiziert sind, auch tatsächlich 
garantiert sind.

Selbst erlebt bei einem Leistungstransistor in einer uralten (>25Jahre) 
PWM-Endstufe, die auf einmal ihre eigene Analogtechnik gestört hat. 
Fazit: der Hersteller hat den Transistor überarbeitet und gut 10x 
"schneller" gemacht, sodass die Flanken steiler wurden und auf den 
Regler einkoppelten.
Für den Hersteller diese "Verbesserung" kein Problem, weil eben nur eine 
untere Frequenz im Datenblatt garantiert wird...

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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>klingt EVAL-Board nach teuer (171,20 € bei Mouser)
ja das offizielle vom Hersteller, Chinamodule sind billiger:
https://de.aliexpress.com/item/1005003168783095.html?gatewayAdapt=glo2deu
€ 21,28
https://www.amazon.com/ADF4002-module-frequency-detector-driver/dp/B07CTM5LJH?language=de_DE&currency=EUR
51,32 EUR
https://www.ebay.de/itm/264128054198
EUR 60,99
Teilweise mit Mikrocontroller im Preis inbegriffen (oder nur 
USB-Schnittstelle?)
da findet sich bestimmt auch noch ein billigeres Angebot.

: Bearbeitet durch User
von Mi N. (msx)


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Dergute W. schrieb:
> Genauso ist der Weg zur Hoelle gepflastert. Koennte sein, dass wenn bla,
> unter der Annahme, das...

Du bist wohl Handwerker. Da hört man ja die Sprüche wie:
"Dat hamm wa noch nie jemacht" und "Det machen wa immer so".
Ja, ja und dann noch die vermeintliche Serienfertigung mit 1 Mio/a, die 
dann gegen die Wand gefahren wird. Dumm bleiben, weiter so!
Klopapier für Schisser ist ja wieder reichlich vorhanden :-(

Was erreicht werden soll, ist ja noch offen.
Wenn es darum gehen sollte, aus einer Eingangsfrequenz eine 
proportionale Ausgangsfrequenz zu erzeugen, habe ich etwas mit 
ATmega48/88 in der Schublade:
http://mino-elektronik.de/Generator/takte_impulse.htm#bsp4

Für ganzzahlige Teilungsverhältnisse müßte man bei Bedarf die Phasenlage 
noch entsprechend anpassen.

von Klaus H. (hildek)


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Lothar M. schrieb:
> Dergute W. schrieb:
>> Im fiesesten Fall funktioniert sowas dann auch erstmal 1A, geht in
>> Serie, ein Jahr spaeter macht der Hersteller einen Die-shrink oder er
>> aendert sonst einen Furz an dem Chip und ploetzlich geht ab da in deiner
>> "Spezial"schaltung garnixmehr oder nur noch arg unzuverlaessig...
> Ich glaube, das muss man einfach mal selber durchgemacht haben und auf
> die Nase gefallen sein,
Ist mir auch schon passiert.
Die-shrink, kein optimales Digitalsignal am Eingang und im Ergebnis 
sporadische Fehler. Lief vorher rund 1 Jahr mit dem 'langsameren' Die.

In manchen Firmen erhält jedes Bauelement eine Nummer. Ein Die-shrink 
führt zu einer neuen Nummer. Und diese (Bestell-)Nummer ist mit dem 
Hersteller so gekoppelt (Datenblattspezifikationen), dass der den 
gleichen Typ jedoch mit dem Die-shrink nicht unter dieser Nummer liefern 
darf.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Achtung, das billigste Modul heißt zwar ADF4002-Modul, aber der Aufdruck 
besagt "LMX2571 - Carefree"!  Und der hat 36 pins wie auf dem Foto, der 
ADF nur 16 oder 20.
Trau, schau wem.

Und das Originalboard von AD braucht für USB noch die Zusatzplatine 
"SDP-S"  EVAL-SDP-CS1Z
https://www.mouser.de/ProductDetail/Analog-Devices/EVAL-SDP-CS1Z?qs=sGAEpiMZZMuqBwn8WqcFUmuBK1JYUssKL6wl6Z4xmp8%3D
für 61,31 €
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/user-guides/UG-108.pdf
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/user-guides/UG-291.pdf
So kenne ich das auch vom Eval-Board zum ADRF6755.

: Bearbeitet durch User
von Christian S. (roehrenvorheizer)


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Mi N. schrieb:
> Wie gesagt, 4046 ist die einfachste PLL-Lösung.

Lea schrieb:
> ich versuche gerade eine PLL im 100 Hz Bereich zu entwerfen.

Auch ein XR215 kann ab 0,5 Hz aufwärts eine nette PLL abgeben, vor allem 
ist er rein analog arbeitend. Der VCO gibt allerdings Rechteck aus. Wer 
das nicht mag, kann sich mit XR2206 oder ICL8038 behelfen.

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/87341/EXAR/XR215.html

Aber mit dem CD4046 dürfte es noch etwas einfacher sein, sofern 
rechtecksignale genehmigt sind und man kann noch zwei Phasendetektoren 
auswählen. Die HC-Variante bietet deren drei zur Auswahl.

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd74hc4046a.pdf


Lea schrieb:
> Dazu möchte ich für den modularen Aufbau den "Phase
> Detector/Frequency Synthesizer ADF4002" verwenden.

Da aber ein neumodisches Teil verwendet werden soll, helfen die alten 
Kamellen nicht mehr.

mfg

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus H. schrieb:
> Ein Die-shrink führt zu einer neuen Nummer.
Dazu muss man erst mal mitbekommen, dass überhaupt etwas geändert 
wurde. Bei einem komplexeren Bauteil wie µC oder ein anderes IC kein 
Problem.

Aber bei einem "normalen" Transistor wird der Die-Shrink gar nicht 
extern kommuniziert, solange sich keine Daten "verschlechtern".

von Klaus H. (hildek)


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War ein FPGA. Aber die Fa. hatte die Änderung des BE nicht überwacht, 
wie oben geschrieben.
Wenn in der Beschaltung vom Kollegen kein Fehler drin gewesen wäre 
(lange Zuleitung, quellseitig ein RC-Glied (!) --> Reflexionen), dann 
hätte das durch den Shrink schneller gewordene IC keine Probleme 
gemacht.

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