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集成电路课程设计一一锁相环CD4046设计频率合成器集成电路实验报告学号：110800316 姓名：苏毅坚 指导老师：罗国新2011年1月锁相环CD4046设计频率合成器实验目的：设计一个基于锁相环CD4046设计频率合成器范围是1Ok~10OK,步进为1K设计和制作步骤：确定电路形式，画出电路图 计算电路元件参数并选取元件 组装焊接电路 调试并测量电路性能确定电路组成方案 原理框图如下，锁相环路对稳定度的参考振动器锁定，环内串接可编程的 分频器，通过改变分频器的分配比N,从而就得到N倍参考频率的稳定输出 晶体振荡器输出的信号频率fl,经固定分频后（M分频） 得到基准频率fl'，输入锁相环 的相位比较器（PC）锁相环 的VCO输出信号经可编程分频器（N分频）后输入到PC的另一端，这两个信号进行相位比较，当锁相环路锁定后得到：fl/M=fl'=f2/N 故 f2=Nf' l （f'l 为基准频率）当 N 变化时，就可以得到一系列的输出频率f2设计方法（一）、振荡源的设计用CMOS与非门和1M晶体组成 1MHz振荡器，如图14图中Rf使 F1工作于线性放大区晶体的等效 电感，C1、C2构成谐振回路。

C1、 C2可利用器件的分布电容不另接 F1、F2、F3 使用 CD4049二）、N分频的设计N分频采用CD40103进行分频CD40103是BCD码8位分频器采用8位拨码开 关控制分频大小输入的二进制大小即为分频器N分频图中RP1为1K排阻.1 f\" *―Y PIP!4D1DBeraIbSlAJ'j* nj I（三）、1KHZ标准信号源设计（即M分频的设计） 根据4518的输出波形图，可以看出4518包含二分频、四分频、十分频， 用二片CD4518 （共4个计数器、组成一个1000分频器，也就是三个十分频器， 这样信号变为2Khz.再经过双D触发器，这样就可把2MHz的晶振信号变成500hz 的标准信号如下图所示：（四）4046锁相环的设计锁相环4046为主芯片电路图如下：500Hz信号从14脚输入3脚4脚接N分频电路，即40103分频电路13脚接低通滤波器锁相环参数设计本设计中，M固定，N可变基准频率f' 定为1KHz,改变N值，使N=1~999，则可产生f2=1KHz-999KHz的频率范围锁相环锁存范围：fmax=100KHzfmin=1KHz-:=」二岂|15:亠 £1 旣使用相位比较器PC2由下图大概确定由VDD=5V选定，R1=10K,R2=无穷大，即不接，得约C1=600p 左右。

由 T1=R3*C2右边公式C2〜300pF, R3=10%由上述分析可得总设计电路图电路板制作根据设计出来的原理图，用ater designer进行Pcb的设计，得出Pcb如下图画 完检查下板看是否有错，如果没有错就直接进行PCb的制作，将板制作完成后， 将电路上的元件焊接下去，检查是否有虚焊、漏焊焊完成品如下图当一切完 成后最后进行板的调试调试步骤：本实验电路采用分模块设计，所以调试时采用分模块调试，每个模块调试成 总测 波功后，将整个电路进行连接，最终得到实验 电路，最后进行测试输出结果首先测试的是晶振模块，接入+5V电源， 试晶振模块输出，用示波器进行检测，当示 器显示输出2Mhz方波时，表示输出正常接下来测试 1000 分频器 4518，4518 由两个 10 进制分频器组成，两片构成 1000 分频当4518输出2KHz时，表示该模块正常接下来测试双D触发器模块， 由于D触发器，两个D触发器构成4分频，当输出结果为500Hz时，表示正常 再测试40103分频器模块，40103为8为二进制分频器，将上面4518的2K信号 输入进行测试，当输出的频率与拨码开关值加一再乘以两倍时，表示一切正常。

最后将几个模块联合起来，进行测试 4046锁相环的测试，调节 4046振荡器频 率上的电位器，使输出波形稳定，即上锁调节低通滤波器电位器，使输出波 形的频率的截至频率在100K左右时，调试完成测试结果：拨动拨码盘，测输出频率拨码盘输出频率f（Hz）0000000100010000000000100010000000000100010000000000100010000000心得体会：开始时，输出一直没有信号然后我分模块检查电路，一级一级的检查首先我 先检查了振荡源，M分频，N分频及锁相环模块，先确定是那个模块出了问题 检查结果发现振荡源不起振，经过认真检查了电路，后来发现晶振坏了2、振荡源起振后，输出仍然没有信号1） 检查 M 分频，用示波器观察 4518 各级分频器的输出信号，输出结果为 1KHz，显然M分频模块正常工作2） 检查锁相环部分，断开4046的鉴相器输入端（3）脚和4522的连线，让 4046的（3）、（4）脚短接，即不分频4046的（14）脚输入几KHz〜几百KHz 的 CMOS 信号，4046 的（4）脚输出信号能跟踪（14）脚输入信号，所以锁相部 分也正常3） 检查 N 分频，用函发源直接给 4522 的输入端输入 100kHZ 信号，把拨码 盘拨为100,观察输出信号是否为1KHz,结果发现没有输出信号，可以判断问 题是出在N分频部分，然后搭成单级电路的方法检查每片4522是否正常，再接 成级联的，拨盘开关置为 100 多，用示波器可以观察到分频器的输入、输出波 形。

总之，经过分模块的检测，电路的排查，我们发现了好多的问题，主要是 pcb电路布线的问题：电路板上好多管脚该连接的没有连接，应该是在设计pcb 的是后过急所引起的于是，我们将所发现的问题进行解决，之后再次的调试， 这次我们的振荡模块、M分频模块及N分频模块都工作成功，但是关键的锁相 环模块还是存在问题带着这些问题，我们回到宿舍经过进一步的排查检测， 我们再次发现了一条少接的线，重新接上后，锁相环开始工作了，但是频率只 能锁到12K于是，我们查看锁相环原理，进一步改进我们锁相环的外围参数 这一次我们终于成功啦：我们的锁定范围2K〜110KHz,步进1K!看到我们测 试结果，我们非常的高兴，再一次体会到了辛勤工作奋斗的结果！。