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[参考译文] SN74LV4046A:频率乘法器0-4Hz 输入乘以0-10kHz

Guru**** 1081280 points
Other Parts Discussed in Thread: CD74HC4017, SN74LV4046A, CD4046B, CD74HC4046A
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/logic-group/logic/f/logic-forum/1073061/sn74lv4046a-frequency-multiplier-0-4hz-input-multiplied-to-0-10khz

部件号:SN74LV4046A
“线程”中讨论的其它部件:CD74HC4017CD4046BCD74HC4046A

我正在尝试使用 SN74LV4046A PLL 和4个 CD74HC4017计数器,以获取0-4Hz 输入信号并将其升至0-10kHz 范围输出。 目前我的成功非常有限。  我可以通过设置 C1 = 10nF,R1 = 50k,R2 =无电阻器来获得100x 乘法因数,但这只能在接近20Hz 的小频段中工作...我需要这样才能在输出为200Hz 的情况下操作大约0.2Hz 的输入。  我以前没有过使用 PLL 的经验,因此我不知道如何正确设置 PLL。  此外,如果您以前从未执行过此操作,则很难执行有关此操作的数据表。  

我是否在这里尝试获得太多带宽?  我是否需要使用两个分别具有100倍乘数的 PLL 来完成我需要的1000-10000x 乘数?  有人能告诉我要使用哪些电阻和电容器值,并快速解释确定这些值所涉及的数学运算吗?

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    您好,

    选择正时电阻器和电容器的方法只是按照数据表中的图形操作。

    要获得4 kHz 中心频率(上面以红色突出显示),您可以选择与5V 线路相交的任何电阻器+电容器组合。 我认为最容易的选择是1000pF + 100千欧,它们就在中间。 要将电阻延伸到10 kHz 中心频率,您可以使用更小的电容器或电阻器-通常最容易更换电阻器,因此我会尝试使用33kohm 并查看发生了什么。

    这里需要注意的一件非常重要的事情是,您用于控制 VCO 的反馈环路正在过滤一个非常慢的信号(0到4 Hz),因此您的 LPF 也需要非常低的转角频率,因此您的系统响应速度将非常慢。  现在,您的反馈环路滤波器设置为3dB 角频率1.5 Hz,太高。 您将需要比最小工作频率低10倍左右——假设您要工作频率低至0.1 Hz,那么环路滤波器将需要0.01Hz 的角频率,因此您的滤波器组件 可能为159kohm + 10uF。

    下面是一些其他应用程序备注,您可以使用这些备注:

    使用 CD54/74HC/HCT4046A 和 CD54/74HC/HCT7046A 的 CMOS 相锁环路应用

    使用 CD74HC4046A 实现 FSK 调制和解调

    通过低频文字时钟为音频数据转换器生成低相位噪声时钟

    此外,还有其他4046器件,它们更适合5V 操作,您使用的是15V 操作。 我最喜欢 SN74LV4046A,尽管数据表的细节有点欠缺。 CD74HC4046的数据表要好得多-幸运的是,大多数数据都可以互换,因此您可以使用该数据作为参考。

    编辑:我的错误-我看到了 CD4046B,但忘记了您说您正在使用 LV4046。

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    谢谢,这非常有帮助。  我看到您建议 R1使用100kohm,SN74LV4046A 的数据表中是否显示 R1的最大电阻为50k?

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    啊,是的——我正在离开 CD4046B 数据表。 我希望 lv4046也能在那里工作——最有可能的限制是保持 DS 中承诺的线性。 考虑到这一点,一个更好的解决方案是只坚持其所具有的值,而是调整电容器。 您应该看到电容器值和操作频率之间的线性关系,以便您可以估计一个应该起作用的值。

    从 CD74HC4046A 数据表中任意选择30k (在范围中间):

    我会尝试30k 和0.01uF 开始。

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    我用33.2k 替换 R1,用10nF 替换 C1, 以及160k 和10uF 的滤波器组件。 如果我输入4Hz 并给出1000x 乘数,信号似乎会成倍增加,但它会在大约 一两分钟左右反弹,然后最终以4kHz 输出稳定并锁定(请参阅随附的视频), 如果我将其降低到1Hz,它会执行类似的操作,除了它永远不会稳定或锁定,信号似乎会出现并发出,同时还会在周围跳动(请参阅随附的视频)。  这是过滤组件过滤不正确吗?  e2e.ti.com/.../1Hz_5F00_in.mp4e2e.ti.com/.../4Hz_5F00_in.mp4

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    我建议在筛选器后查看 VCO 输入,并将范围设置为非常慢的时间范围(1秒或更慢的每分区),这可能会显示筛选器输出的显示方式。

    我很好奇——为什么要采用这种方法来解决这个问题——MCU 的体积小,价格便宜,准确性/效率高得多吗?

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    我采取这种方法是因为我们使用的 STM32 MCU 现在很难在市场上推出。 此外,我们希望避免与之相关的任何软件开发。

    我已经拍摄了一些 VCO 输入(后滤波器)的屏幕截图,这就是我的照片

    FC = 1.5Hz (47kohm w/22uF)

    FC = 99.47mHz (160k w/10uF)

    FC = 40MHz (402k w/10uF)  

    不确定我想在这里看到什么。  第一张照片中的驼峰是好还是坏?  我该为什么射击? 根据 SN74LV4046A 数据表,表1第13页上的 R = 1kohm 和 C = 1uF 表示。

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    我可以理解 MCU 的可用性和困难问题。  尽管如此,您可能会将一个更简单的 MCU 视为一个专用解决方案,在我看来,它将提供更好的结果。

    至于你正在寻找的 VCO 输入——如果你想要稳定的输出,那么你需要稳定的输入。 VCO 输入直接代表输出频率,因此,如果您想要稳定的输出频率,则输入需要稳定。

    我可以在你的第二轮击球中看到,你开始使用 160k + 10uF,但它仍然有一些非常明显的碰撞。 使用模拟解决方案,这里总是会出现一些波纹——您可以不断增加 RC 以获得平滑信号,但响应时间可能会以分钟为单位测量。

    使用 MCU 方法,您只需计算边缘之间的时间(甚至不需要完整波形),然后将输出设置为合适的频率——基本上零设置时间,它将在所需频率上呈坚如磐石的状态。

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    那么,VCO 输入应该是方波还是直流电压?  还是应该像您看到的402k 电阻器和10uF 电容器那样平坦?  160k 和402k 电阻器电路似乎都没有稳定,或者我是否只需要观察它们几分钟,直到它们稳定下来?  很明显,几分钟的稳定时间是不能接受的。  是否有办法让这种情况更快解决,或者这种情况是使用低频率(例如输入)所固有的?

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    VCO 输入应为 DC,例如,如果您希望输出中心频率,则 VCO 的输入应为 VCC/2。

    可以更快地稳定低通滤波器,这些滤波器与主动滤波器具有相同的截止频率,但这确实超出了我可以提供的帮助级别。

    我只是认为这对您来说不是一个好的解决方案。

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    现在,我们的中心频率为33.2k 和10nF,看起来大约为10kHz。  根据定义,这应该意味着这将在大约10kHz 的某些带宽下工作。  对于我的应用来说,10kHz 是我希望它能够工作的最高频率。  如何计算带宽?  如果最大频率为2fc,那么我们可以将其设置为5kHz,也许它可以在较低的输入频率下更好/更快地稳定?  还是这对稳定时间没有影响?

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    您可以将频率范围设置为更小,这将对某些人有所帮助,但我看到的主要问题是过滤器——您仍然需要过滤1 Hz 信号才能获得稳定的 VCO 输入。

    使用402k 和10uF 滤波器时,稳定时间大约为10秒,波纹最终约为300mV。

    例如,假设该设备是完全线性的,您可以获得0到5V 的电压范围,使其具有正确的频率范围(0到10 kHz),现在您有这种关系:

    fout = VCO_in * 2000

    如果使用上述滤波器,则当输入为1 Hz 时,输出将从~4680 Hz 到~5300 Hz 不等。  这是可以接受的吗?

    还有一点要提的是,这样的器件在操作边缘不会是完全线性的(接近0V 和接近 VCC),所以我会使该范围比您需要的范围大一点。

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    是的,这种变化是不可接受的。  实际上,我们需要能够从大约200MHz - 4Hz 的输入工作,并且输出1000x 是否有一种不同/更好的方法来完成这项工作,这是否涉及 MCU? 将其分为两个阶段,并使用2个 PLL (一个用于低频率,一个用于高频率,以将输入完全提升到 kHz 范围)是否会减少这种波纹并使其更容易被破解?

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    恐怕我不知道有什么更好的方法。 将 PLL 分解为多个阶段只会增加一些问题——您仍需要在某个时间点过滤掉200MHz 信号,而该信号的输出将直接控制某个地方的 VCO。

    我之前提到过使用主动筛选。 例如,您可以设计一个高顺序主动式过滤器,它可以让您更快地响应并减少输出的波纹,但它要比获得一个0.25美元的 MCU 并使用几行代码对其进行编程要复杂得多,成本也要高得多。 结果不会那么好。