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[参考译文] CD4046B:使用 PLL CD4046B 和分频器 CD404040B 设计60Hz 频率跟踪器

Guru**** 1828310 points
Other Parts Discussed in Thread: CD4046B, TINA-TI, CD74HC4046A, SN74LV4046A
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/920729/cd4046b-use-pll-cd4046b-and-frequency-divider-cd4040b-to-design-a-60hz-frequency-tracker

器件型号:CD4046B
主题中讨论的其他器件:CD404040BTINA-TICD74HC4046ASN74LV4046A

您好!

我想使用 PLL CD4046B 和  分频器 CD404040B 来设计60Hz 频率锁存器。

电路目标是锁定60Hz 信号。

我该如何开始?

请任何人与我一起解决这个问题。  

提前感谢。

假设 VDD 为5VDC 且仅使用相位比较器1、则分频器 CD404040B 可除以1024或2048。

如何确定 VCO 输出频率以实现目标?  

2.如何确定 R1、R2、C1和低通滤波器 R3、C2的值?

附加的是仿真文件、工具是 LTSpice。

有关详细信息、请参见 HEF4046B 数据表。

e2e.ti.com/.../HEF4046B.pdf

e2e.ti.com/.../PLL-Test.zip

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    请注意、随附的 PLL 的功能方框图和组件。

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    您好!

    我们的数据表应提供有关设置每个器件的一些指导。 您显示了另一家制造商的数据表、我无法为该器件提供帮助。 您是否查看过我们的器件数据表? 遗憾的是、我也无法打开您的 LTSPICE 仿真。 如果您希望我能够打开您的仿真、我建议您使用 TINA-TI 来运行这些仿真。  

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    请尝试查看 SN74LV4046A 和 CD74HC4046A 数据表。

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    您好!

    您是否能够设计您的系统?

    使用您选择的组件构建60Hz 的 PLL 应该相对简单。  您提供的图表是一个很好的起点。

    我建议首先非常仔细地阅读这两种器件的整个数据表。 我知道这很乏味、但这些器件很复杂、数据表中有一个_ TON_有用信息。 其他人提供的其他数据表也是有用的资源、因为'4046函数对于任何逻辑系列或制造商都是完全相同的。

    首先、您需要选择电源电压和 VCO 工作频率、这将与您所需的锁定频率和计数器的大小相关。 我将采用5V、因为这是一种非常常见的工作电压、可能允许您在以后选择其他更现代的器件(CD4k 逻辑器件非常旧、针对15V 操作进行了优化、这与任何其他逻辑系列都不兼容)。

    VCO 列出了在5V 电压下、使用10kohm R1时的最小"最大工作频率"为300kHz (0.3MHz)。 这个技术规格通常会令人困惑----意思是输出频率肯定能够达到300kHz,但除此之外,我们不能保证振荡器能够工作---- 5V 时的典型最大值为600kHz。

    查看数据表中的图4、您可以看到5V 时所需的 RC 值、以便直接将 VCO 设置为60Hz:

    基于此、我认为您不需要计数器。  您可以_将频率设置为~120kHz、然后将其再次分频为60Hz、但如果您可以直接将 CD4046B 配置为以60Hz 运行、为什么要这样做?

    ~设置上述的时序值- R1 = 1 Mohm、C1 μ F = 0.08uF (80nF)。  通常、原型设计是检查这些电路的最佳方法-只需将它们连接到"close"值、然后根据需要进行调整、以在工作台上获得最终频率范围。 您还可以在 R2 = 1 Mohm 时添加偏移、以尝试缩小工作频率范围、但这很可能不是必需的、您只需将 R2保留为开路即可。

    这个特定应用的最大问题是60Hz 信号非常慢、所以 PLL 的响应时间也相对较慢。 不过、这可能无关紧要、因为我猜您正在尝试将相位与功率信号匹配、而这些信号在相位或频率上没有快速变化。

    我建议在您选择的相位比较器之外使用100kohm 和10uF 作为低通滤波器(PC1会提供90度相位差、PC2将进行相位匹配)。 这些值提供了~0.2Hz 的截止频率、响应速度相对较慢、但会很好地使 VCO 保持稳定。

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    您好、先生、

    感谢您的信息。

    我尝试同步50Hz 或60Hz 的交流电力线信号、这是正确的。

    根据 CD4046B 数据表、图4、R1应为100k Ω、但在中心频率60Hz、5V 时不应为1Mohm。

    请检查 R1的建议值吗?

    我尝试通过 TINA 进行一些仿真。

    但在 TINA 或 TI 网站上没有可用的 CD4046 SPICE 模型。

    我在网上进行一些搜索、并有一个由 宏组成的 CD4046模型。

    我不确定此宏是否 可用于 CD4046。

    无论如何、我做了一些仿真、所附文件是 TSC 文件。 请看一下。

    我进行 了瞬态分析、并使用 示波器功能来监控 VCO 输出信号。

    但信号不会在60Hz 时锁定。

    您能否建议修改原理图?

    顺便说一下、我购买了一些 CD4046 IC、我将对此问题进行实际测试、并将继续更新此主题。

    谢谢你。

    e2e.ti.com/.../CD4046_5F00_PLL.TSC

    SK

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    嘿、SK、

    是的、这些较旧的图像更难精确定位正确的曲线、但您所交叉的线是100千欧 R1。

    遗憾的是、由于该器件的使用时间较长、并且从 Harris 获取、因此我们不会有该器件的仿真模型。 由于它是通过不同的来源获取的、我不确定我是否能够帮助调试仿真本身、因为它可能只是一个固有的模型问题、我实际上无法验证。 因此、我将更加关注您的实际测量结果。 如果这些方法未能达到预期效果、我很乐意帮助支持调试过程。

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    您好!Dylan、

    电路工作正常。

     在我的实验中、我选择 R1=100k Ω、C1=100nF 并使 R2保持浮动。 可以锁定的最大频率约为140Hz。

    低通滤 波器、我参考 TI 'CHA002A'的应用报告、请参阅附件、其中第4.2节介绍了如何实现频率合成器。

    图12. 显示了一个低通滤波器、其中包含2个电阻器和1个电容器。

    此应用的 LPF 是一款双极标签引线滤波器、可针对频率的阶跃变化实现更快的锁定。

    我选择 R3=1Mohm、C2=2.2uF 和 R4=220k Ω 的低通滤波器。

    还有一个问题、选择 LPF RC 值的关键点是什么?

    谢谢。

    SK

    e2e.ti.com/.../scha002a.pdf

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    您好!

    很抱歉我之前的错误-我写这篇文章时有点匆忙、没有仔细检查。 我很高兴您的电路能够正常工作!

    低通滤波器的关键选择标准将是截止频率和响应时间。 理想情况是 VCO 输入端具有恒定电压、以防止振荡器输出发生变化、并使其立即响应、但相位比较器的输出为方波、该方波具有广泛的频谱。 低通滤波器旨在将信号减少至仅直流元件。

    我通常建议选择一个比工作频率低~2个数量级的截止频率(在这种情况下为0.6Hz)、以便在最大限度地减少输出变化的同时最大限度地延长响应时间。

    通过选择更高阶的滤波器、您可以缩短响应时间并更精确地选择截止频率。


    有整本书都是关于滤波器的--我建议先尝试一个简单的 RC 滤波器,如果这不能满足你的需要,请看一下更高阶的滤波器。 您始终可以尝试一些有源滤波器设计-有许多网站会为您执行所有计算。

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    您好、SK、

    低通滤波器值将影响捕捉范围、可在 CD4046B 的第3-125页查看。 该手册还提供了一些详细介绍其背后控制理论的文献。  

    该捕获范围将小于或等于锁定范围、并将确定 PLL 最初失锁时可以锁定的频率范围。  

    此外、我很高兴看到实际测试按计划进行。

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    感谢您的支持。

    请注意、问题已解决。