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[参考译文] SN74LV4046A:FSK 调制/解调故障

Guru**** 2587345 points
Other Parts Discussed in Thread: SN74LV4046A, CD74HC4046A, SN74LVC1G17

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/743875/sn74lv4046a-fsk-modulation-demodulation-troubles

器件型号:SN74LV4046A
主题中讨论的其他器件: CD74HC4046ASN74LVC1G17

我正在尝试使用两个 SN74LV4046A 进行二进制 FSK 调制/解调、一个用于调制、另一个用于解调。

我基于 SLAA618中的示例构建了一个测试电路(使用 CD74HC4046A 实现 FSK 调制和解调)。

我还介绍了 SCHA003B (使用 CD54/74HC/HCT4046A 和 CD54/74HC/HCT7046A 的 CMOS 锁相环应用)。

VCC = 5V

在调制器和解调器上、我使用的是:
R1 = 4.42k Ω
R2 =开路
C1 = 27pF

在解调器上、如上面应用手册的图4所示、低通滤波器连接方式为:
R3 = 36k Ω
C2 = 100pF

调制器的输入为:
1.36V 表示二进制0 ->在调制器 VCO 输出端产生10MHz
3.1V 表示二进制1 ->在调制器 VCO 输出端产生20MHz


我在解调器上遇到问题。 我希望恢复与调制器输入电压大致相同的电压(或至少具有良好的电压分离)、然后使用施密特触发逻辑门将该输出恢复到正常的 TTL 电平。

我也尝试使用相位比较器1和相位比较器2。


使用相位比较器1时:
*当调制器的输入为1.36V 时、产生10MHz 频率、DEMout 的输出电压约为2.75V。
*当调制器的输入为3.1V、产生20MHz 时、DEMout 的输出电压约为2.28V。

因此、电压分离不足、因此施密特触发逻辑门不会区分这两种状态(其输出始终为高电平)。


使用相位比较器2时:
*当调制器的输入为1.36V 时、产生10MHz 频率、DEMout 的输出电压似乎在880mV 至2V 之间的高频(对于我的示波器而言太高)下振荡。
*当调制器的输入为3.1V、产生20MHz 频率时、DEMout 的输出电压在2.2V 和4V 之间以类似的方式振荡。

这将产生完全没有意义的输出。


有什么建议?

示波器图像:

以下所有器件均使用相位比较器1:

当调制器的输入为1.36V 表示"二进制0"时:

调制器 VCO 输入、1.36V:

调制信号、10MHz (本图中为9.8MHz):

相位比较器1的输出:

DEMout 上的输出:

当调制器的输入为3.1V、表示"二进制1"时:

调制器 VCO 输入、3.1V:

调制波形、20MHz:

相位比较器1的输出:

DEMout 上的输出:

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    您好!
    您能否提供电路原理图和测试设置图像?
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    感谢您的回复...

    调制器:

    解调器:

    连接器:

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    关于 DATA_TX 和 DATA_RX,想法是(最终)将它们连接到以115200波特运行的 UART --但现在 DATA_TX 连接到电位计,允许输入0至5V 范围内的任何直流电压,以证明电平转换器工作正常。 因此、我们目前不会高速改变输入信号。

    电路板包括其他硬件、但目前未使用。 移除 J3和 J8上的跳线块、从电路上断开其他硬件、并在 J3-1至 J8-1之间安装跳线、该跳线将调制器 VCO_OUT 直接连接到解调器 SIG_IN。

    电路板:

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    感谢您添加的信息。

    您能否添加一个带有 R9/C5的低通滤波器来清除输入信号? 我无法确定、但该信号上似乎有一伏的噪声、这可能会导致一些问题。

    输出上有很多过冲/下冲。 您是否有可能在调制器输出端添加串联电阻(~25欧姆)?

    我还注意到、您将 LVC1G08用作施密特触发缓冲器。 仅供参考、该部件没有施密特触发输入。 我建议换用 SN74LVC1G17 (施密特触发缓冲器)。
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    再次感谢您的回复。

    我也担心输入信号噪声。 它来自一个简单的电位器、在没有 PCB 的情况下进行非常干净的测量。 PCB 连接并通电后、会出现噪声。 即使在我使用一些 LPF 值来平滑我们看到的巨大过冲/下冲之后、这种情况也会持续下去。

    在我看来、电路中的其他器件可能会向接地注入噪声、因此我组装了第二个 PCB 的一部分、其中仅包含调制器及其无源器件、没有其他 IC。 我在 VCO 输入端填充了120ohm 33pF LPF 的 R9/C5、并且在调制器输出端添加了相同的值。 调制器输出现在已进行了相当多的舍入。

    我还通过将示波器图像从示波器中保存而不是用我的手机拍摄照片、获得了更好的示波器图像!

    电位计输入端的噪声大幅降低、但仍然高达320mV p-p

    我将附加新的调制器图像以供参考、然后填充解调器部分、我们将看到发生了什么情况。

    同时,我欣赏任何想法或建议。

    下面的示波器图像显示:
    *通道1 =调制器输出(黄色)
    *通道2 =电位计的 VCOin (蓝色)

    在每个屏幕捕获的底部、您可以看到调制器频率(频率、黄色)、调制器输出峰值/峰值电压(Vpp、黄色)、VCOin 电压(平均值、蓝色)和 VCOin 噪声(Vpp、蓝色)的读数。

    屏幕截图按以下顺序显示:

    我们(当前)打算在实际应用中使用的值:

    • * 2.15V VCOin 时的中心频率约为15MHz。
    • 1.36V 的* VCOin (用于表示"二进制0")提供10MHz 的频率。
    • 3.1V 的* VCOin (表示"二进制1")提供20MHz 的频率。

    后跟 VCOin / FREQUENCY OUT 的其他值以供参考:

    • * 1V = 7.41MHz
    • * 1.5V = 10.9MHz
    • * 2V = 14.1MHz
    • * 2.5V = 17.2MHz
    • * 3V = 20.4MHz
    • * 3.5V = 23.2MHz
    • * 4V = 25.6MHz
    • * 4.5V = 32.2MHz
    • * 5V = 38.5MHz

    (这些频率与我使用 SCHA003B 计算得出的频率不同、但我认识到、该应用报告讨论了较旧的 CD54/74HC/HCT4046A。)

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    我现在拥有的简化电路原理图--请参阅上一篇文章中的示波器捕获和说明:

    我将填充解调器4046A 及其无源器件... 马上回来

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    我组装了一个仅具有调制器和解调器及其无源器件(无其他 IC)的 PCB、以消除可能引入噪声等的任何因素 前两篇文章记录了调制器的组装和测量。 现在、我添加了解调器、如以下原理图所示:

    结果与之前非常相似:DEMout 输出无法用于恢复调制器的输入信号。 设计中必须存在一些错误。

    示波器捕获

    • CH1 (黄色)=调制器 VCO_OUT
    • CH2 (蓝色)=调制器 VCO_IN
    • CH3 (紫色)=解调器 DEM_OUT

    我将再次按以下顺序显示捕获:

    • 调制器处的 VCO_IN 为2.15V (中心频率)
    • 调制器的 VCO_IN 为1.36V (表示调制器的二进制0)
    • 调制器的 VCO_IN 为3.1V (表示调制器的二进制1)
    • VCO_IN 为1V 至5V、步长为0.5V、以了解电路的行为。

    我显示了相位比较器1和相位比较器2的结果。

    每个示波器捕获底部的测量结果显示:

    • 频率(黄色)=调制器 VCO_OUT 的频率
    • Avg (蓝色)=调制器 VCO_IN 的电位器输入的平均电压
    • VPP (蓝色)=调制器 VCO_IN 的电位计输入的电压峰峰值
    • 平均(紫色)=解调器的平均电压 DEM_OUT
    • VPP (紫色)= 解调器 DEM_OUT 的电压峰-峰值

    如果您需要来自电路的任何其他测量、请告诉我。

    感谢您的帮助。

    在解调器上使用相位比较器1:

    在解调器上使用相位比较器2:

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    我注意到相位比较器输出端的 RC 滤波器是反向的:

    引脚9上的输入可能具有5至10pF 的输入电容、因此您仍会得到一些滤波、但转角频率可能比您希望的高十倍频。

    如果可能、当 DEM_OUT 真的很难看并触发它时、您能抓取它的示波器镜头吗? 我想了解它的振荡频率以及它与 VCO 输出的关系。  它们似乎是不相关的。

    此外、您能否尝试减小 R32的大小?  我想知道在 VCO_IN 和 DEM_OUT 之间的单位增益放大器中添加一些负载是否会消除您看到的振荡。

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    再次感谢您的意见。

    RC 滤波器是完全正确的。 我已经查看过这个电路几天了、从未看到过它! 感谢您的观看!

    很显然、我需要解决这个问题。 这似乎需要进行一些精细的工作、因此在我这么做之前、我将在电路现在为您获取 DEM_OUT 的示波器截图。 然后我将做一些手术。

    这里有两个示波器截图、显示了相位比较器1和相位比较器2的情况。

    • 通道1 (黄色)-调制器 VCO_OUT
    • 通道2 (蓝色)-调制器 VCO_IN
    • 通道3 (紫色)-解调器 DEM_OUT

    我将触发 DEM_OUT。 我将时基更改为500ns、以便我们可以更好地看到该信号。

    同样、这些捕获是在对电路进行任何更改之前进行的。

    使用相位比较器1:

    使用相位比较器2:

    此处的 DEM_OUT 通常为1.1MHz、但偶尔会短暂变为大约1.3MHz、然后返回到1.1MHz。

    我还尝试使用通道2 (蓝色)捕获解调器的 VCO_OUT、而不是调制器的 VCO_IN、但这会造成混乱、我猜是因为我的示波器探针增加了电容。 这与相位比较器1一同使用:

    和相位比较器2:

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    看起来单位增益缓冲器变得不稳定。

    这通常是由容性负载过大引起的、但我想知道 LVC1G08的慢速输入是否也会由于内部振荡和通过电源或接地传输而产生影响。

    是否可以尝试在移除跳线 J9的情况下测量 DEM_OUT? 还是更好的、移除 U8? 最好使用低电容探针。
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    [引用用户="Emrys Maier "]

    看起来单位增益缓冲器变得不稳定。

    [/报价]

    我在上一篇文章中的哪个示波器捕获表明单位增益缓冲器变得不稳定? 它是前两个还是后两个?

    最后两个示波器捕获显示了尝试测量解调器的 VCO_OUT 时产生的混乱。 我认为这是我的示波器探针增加电容的结果。

    [引用用户="Emrys Maier "]

    这通常是由容性负载过大引起的、但我想知道 LVC1G08的慢速输入是否也会由于内部振荡和通过电源或接地传输而产生影响。

    [/报价]

    以上所有示波器捕获均来自我构建的第二个电路板、该电路板仅有两个 SN74LV4046A:一个用于调制器、一个用于解调器及其无源器件。 此电路板上没有其他 IC、包括 LVC1G08。

    我这么做是因为在第一块电路板上、看起来接地端有很多噪声。 我想消除其他 IC 干扰调制器/解调器对的可能性--直到我使它们正常工作。


    [报价 USER="Emrys Maier ]]是否可以尝试在移除跳线 J9的情况下测量 DEM_OUT? 还是更好的、移除 U8? 最好使用低电容探针。

    [/报价]

    明天上午、我将在实验室中。 我需要修复错误的低通滤波器、您指出它是反向的。 我首先进行了上述范围捕获、以便我们有一个比较基准。

    此外、我还没有尝试您的建议、在 DEM_OUT 上放置一个更强的负载电阻器。 我认为我应该首先固定低通滤波器、然后获取一些示波器捕获、如果仍有必要、请使用 DEM_OUT 负载电阻器进行实验。

    我将尝试最大程度地减小示波器探针电容。

    再次感谢您的持续帮助。

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    振荡在所有 DEM_OUT 示波器快照中都会出现一种或多种程度。 单位增益缓冲器的输出电压应与输入的电压相同、我们看到的是振荡。

    我在这里与一位运算放大器专家朋友交谈、他的建议是使用100欧姆电阻器(引脚和负载电阻器节点之间的串联电阻器)将任何电容负载与运算放大器的输出隔离。 他还建议尝试增加负载电阻(与我的建议相反)。

    他提出的另一项建议是隔离缓冲器并强制其输入方波(~1V 振幅、1/2 Vcc 的直流失调电压)。 输出波形上的任何振铃都会向我们显示内部电路的不稳定程度。 这将允许尝试不同的探头和输出负载配置以提高稳定性。
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    非常感谢您的持续帮助。

    现在、我们正在取得一些进展!

    我在电路板上做了一些手术、并在解调器相位比较器的输出上固定了反向 RC 滤波器。

    没有对调制器做任何进一步的更改。

    我尚未(尚未)听取您朋友的建议、但我将在展示更正后的滤波器有何不同后执行此操作。

    我现在拥有的原理图:

    调制器、由于我们在 VCO_OUT 上添加了 RC 滤波器、因此未更改:

    解调器、RC 滤波器已校正:

    我已经捕获了很多示波器。

    以下所有示波器捕获均使用:

    通道1 (黄色)是调制器 VCO_OUT。

    通道2 (蓝色)是调制器 VCO_IN、在 POT 处测量。 (如果在 VCO_IN 引脚上测量、可能会更好、但我没有方便的方法来测量它。)

    通道3 (紫色)是解调器 DEM_OUT。

    相位比较器1 (PC1)

    PC1现在似乎没有任何有用的东西。 无论调制器 VCO_IN 如何、解调器 DEM_OUT 都保持在2.57V、当调制器 VCO_IN 为2.6V 时、仅发生轻微变化。 下面是一个示例、当 VCO_IN 为2V 时:

    我不知道现在进一步诊断 PC1是否有意义,因为 PC2似乎在做得更好...

    相位比较器2 (PC2)


    另一方面、PC2似乎通过固定 RC 滤波器得到了改善。 我尚未采取您朋友建议的其他步骤。 接下来我要这么做。

    我在这些调制器 VCO_IN 值处进行了示波器捕获:

    • 电压范围为1V 至4V、步长为0.5V
    • 1.36V (我的二进制0)
    • 2.15V (中心频率)
    • 3.1V (我的二进制文件1)

    我们在这些屏幕截图中看到、当调制器的 VCO_IN 在1V 至3.7V 的范围内时、解调器的 DEM_OUT 紧随其后(有一点偏移、并暂时搁置其他信号质量问题)。 这是一项重大改进。

    1V VCO_IN

    我分别展示了两个示波器捕获:

    • 在调制器 VCO_OUT 上触发(时基50ns)
    • 在解调器 DEM_OUT 上触发(时基1us)

    我希望这不会令人困惑!


    1.5V VCO_IN:

    2V VCO_IN:

    2.5V VCO_IN:

    3V VCO_IN:

    3.5V VCO_IN:

    4V VCO_IN (此时 DEM_OUT 不会继续增加--频率太快而无法锁定?):

    对于以下内容、我忘记了从 DEM_OUT 触发的第二个屏幕截图、但它与上述内容非常相似。

    1.36V (表示调制器上的二进制0):

    2.15V (中心频率):

     

    3.1V (表示调制器上的二进制1):

    接下来、我将尝试您朋友的建议、即在 DEM_OUT 和负载电阻器之间添加100欧姆串联电阻器、并增大负载电阻值。 很快会再来的

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    感谢您的更新。  我已经订购了一些样片、因此我可以自己查看 DEM_OUT 引脚。 希望我可以在实验室中再现您的结果。

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    我将 DEM_OUT 电阻器与 GND 的电阻从48.7k 加倍至100k。

    我还在电路板上添加了一个100欧姆电阻器、旨在使其在100k 至 GND 之前作为 DEM_OUT 上的串联电阻器、但当我放置校正导线时、我感到困惑并将其绕过。 因此、我们有100k 到 GND、但还没有100欧姆。 我会在早上解决这个问题。

    同时、以下是解调器上的 DEM_OUT 针对调制器上各种 VCO_IN 值的一些示波器截图:

    VCO_IN = 1V、DEM_OUT 平均为1.16V、具有800mV p-p:

    VCO_IN = 2V、DEM_OUT 平均值为2.09V、电压为1.V p-p:

    VCO_IN = 3V、DEM_OUT = 3.05V、1.12v p-p:

     

    在4V VCO_IN 时、我们在 DEM_OUT 上超出了范围、正如我们在先前的文章中所了解的...

    重要的 VCO_IN 值:

    1.36V 表示调制器上的二进制0、平均电压为1.5V、解调器上的电压接近1V p-p:

    2.15V 要在调制器上生成中心频率:

    和3.1V 来表示调制器上的二进制1、在解调器上提供大约3.17v 和1.12v p-p:

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    我现在有了样片-下周当我在办公室时、我将进入实验室、看看我是否可以重复您遇到的问题。

    我从来没有遇到过您在这里遇到的问题--希望我们可以找到解决办法,但是如果它是 IC 内部的一些东西,我们无法更改,您可以尝试换用 SN74HC4046。 有几个器件具有相同的引脚排列/功能、基本上是可互换的。 我唯一能想到的另一种选择是使用外部运算放大器来缓冲信号。 我认为这是最后的解决办法、因为这需要您在电路板上添加另一个插座。
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    感谢您的帮助、我将热切地等待您的任何发现。 同时、如果我发现我的结尾有任何新东西、我会随时向您发布
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    我只是想做一个简短的帖子、让您知道我没有忘记这一点。

    最近的假期、我非常忙、无法进入实验室。 我仍计划测试此缓冲区、以查看是否可以重现您所看到的问题。
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    谢谢你们----不要忘了,也要让我保持发布。 非常感谢您的帮助。
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    您是否有机会试用 SN74LV4046A 样片?
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    不、我恐怕还没有时间进入实验室。 我目前计划明天在那里花一整天的时间赶上我需要做的所有测试、包括这个测试。

    我刚刚完成了模拟 IC 设计课程(HOORAY!)的最终考试、我花了一天的时间学习该课程。 全职工作和攻读硕士学位非常困难!
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    进行更新:今天我完成了大约1/2的工作台设置。 这是一个非常令人兴奋的日子(不幸的是)、许多需要我立即关注的问题不断出现。

    我明天将回到实验室、以获取一些数据。
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    为您提供简要更新:

    我今天能够在工作台上测试该器件。 我发现使用的缓冲器只有一个有效的输入范围,从0.7V 到~3.6V --超过3.6V 输入,我在输出上看到一吨噪声/振荡。 您似乎在示波器快照的正确范围内使用它、因此我怀疑这是问题所在。

    我的初始测试都是在禁用 VCO (未连接 RC 组件)的情况下完成的、因此我的下一步是使其以与您类似的频率运行、并查看我是否能够再现您看到的噪声。
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    感谢您的更新。 我很高兴我们在缓冲器上的有效输入范围内运行。

    期待您的听力、如果您的设置在与我们类似的频率下启用了 VCO、则会出现我们所看到的同样问题。 再次感谢。
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    您好、
    我能够使器件在与您的器件非常相似的条件下运行(10MHz VCO 频率、稍微不同的 RC 值)、但我无法为 DEM_OUT 缓冲器获得相同类型的不稳定。

    我已经尝试使用不同的电容和电阻(空载至~100pF、开路至100kohm)调整输出负载。

    我不确定我还能尝试什么。 很抱歉、我没有更多帮助!
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    这实际上是令人鼓舞的、因为这意味着我们应该能够获得良好的输出。

    您是否能够获得任何示波器捕获、以便我们知道我们可以为哪些目标拍摄?
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    不幸的是、那天我的 USB 驱动器关闭了、所以我唯一的示波器照片是用我的手机拍摄的。  很抱歉质量差:

    黄色信号(通道1)是 VCOOUT 处的触发器和输出

    绿色信号是 VCOIN 的输入(直流源)

    蓝色信号是 DEMOUT 的输出

    无论我的输入电压如何、噪声都非常一致、直到我超出缓冲器的共模范围:

    在该示例中、绿色表示直流源输入、黄色表示缓冲输出。

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    很抱歉我的回复延迟了。 感谢您在此方面的所有帮助。 我认为我们非常接近使它正常工作。 我的同事认为、我们此时所遇到的部分噪声是由于校正导线(其中一些导线有点长)以及我在电路板上必须做的一些其他有趣的事情来添加无源器件、校正 RC 滤波器等 因此、我们可能会构建一个新的 PCB、其中整合了我们在这里学到的所有修复方法和经验教训(以及更好的布线!) 并在不久的将来再次进行测试。 再次感谢您的帮助。
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    新年快乐!

    感谢您回来、并将其标记为已解决。

    我总是很乐意提供帮助。 随时回来!

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    [引用用户="Emrys Maier "]

    新年快乐!

    感谢您回来、并将其标记为已解决。

    我总是很乐意提供帮助。 随时回来!

    [/报价]

    我很可能还会再回来的(很多)个问题!!!!

    再次感谢您的所有帮助。 新年快乐!