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Crashkurs PLL

Beispiel MC145158:


Das folgende Beispiel zeigt das Laden des PLL-ICs MC145158 von Motorola im Dual Betrieb,
also der Betrieb mit Vorteiler. Im Bild 1 ist das Prinzip eines PLL-Oszillators mit Vorteiler dargestellt.

Angenommen, wir wollen den PLL-Oszillator bei einem "Kanalraster" von 25 kHz auf 433 MHz abstimmen
und die Referenzfrequenz beträgt 10 MHz.
Als Vorteiler P kommt einer mit dem Faktor 80/81 zum Einsatz.

Dann wird die Referenzfrequenz vom Referenzteiler R auf die Vergleichsfrequenz 25kHz geteilt. Die VCO-Frequenz muß ebenfalls auf die Vergleichsfrequenz 25 kHz geteilt werden, schließlich soll aus der Phasenlage zwei gleicher Frequenzen (25kHz) die Abstimmspannung des VCOs abgeleitet werden.

Die VCO-Frequenz kann übrigens nur ein ganzzahliges Vielfaches der Vergleichsfrequenz sein.
In unserem Beispiel ergibt sich also ein "Kanalraster" von 25kHz.

Bild 1: Prinzip eines PLL-Oszillators mit Vorteiler

PLL-Synthesizer

Na da woll'n wir mal.
Ermitteln wir erst mal die Teilerfaktoren.

Der Teilerfaktor für den Referenzteiler ist:
R = 10MHz / 25kHz = 400,

der Teilerfaktor für den N*P-Teiler gesamt ist:
Nges = 433MHz / 25kHz = 17320,

der Teilerfaktor des Vorteilers P ist:
P = 80,

der Teilerfaktor des N-Teilers ist:
N = Nges / P, also N = 17320 / 80 = 216 abgerundet !!!

und der Faktor für der "SwallowCounter" A ist:
A = Nges - (N*P), also A = 17320 - (216 * 80) = 40.

Und hier noch mal nachrechnen zu Probe:
Nges = (N*P)+A
Nges = (216 * 80) + 40 = 17320

So, jetzt haben wir alle Daten zusammen, um den PLL-Oszillator auf die 433 MHz abzustimmen.
Ich fasse noch mal zusammen:
Referenzteiler = 400
N-Teiler = 216
A-Zähler = 40

Keine Panik, wenn das bis hier alles unklar ist!
Eine genaue Erläuterung der Rechnerei oben, findest Du unter Funktion eines PLL-Synthesizers.

Das Bild2 zeigt das Blockschaltbild des MC145158 mit seinen 3 Zählern (A, N und R) und den zugehörigen Latch- und Schieberegistern. Mit dem Ausgang MC kann ein Vorteiler P zwischen P und P+1 umgeschaltet werden. Die Referenzfrequenz liegt an OSCin, und die VCO-Frequenz liegt entweder direkt, oder über Vorteiler P an fin an. Der 3-Leiter-Bus besteht aus den Leitungen CLK, DATA und ENB (Enable). Die Funktion der anderen Leitungen kann im Datenblatt nachgelesen werden.

Bild2:

MC145158

Eine Low-High-Flanke an CLK schiebt das Datenbit an DATA in die internen Schieberegister.
Das letzte Datenbit (Control-Bit) bestimmt, ob die Daten im R-Zähler-Latch oder im A/N-Zähler-Latch mit der Low-High-Flanke an ENB gespeichert werden.

Jetzt aber mal zum praktischen Teil:

Der 14-Bit Referenz-Zähler R wird mit 400,
der 10-Bit N-Zähler wird mit 216 und
der 7-Bit A-Zähler wird mit 40 geladen,
um den VCO (wie oben beschrieben) auf 433 MHz abzustimmen.
Die folgenden Tabellen (Tab.1 und Tab.2) zeigen die erforderlichen Bitfolgen,
um die drei Zähler-Latch mit ihren Werten zu laden.

Tab.1: Bitfolge zum Laden des Referenz-Zählers mit dem Wert 400

213 212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 Control-Bit
0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1
          256 128     16         R = 400

 

Tab.2: Bitfolge zum Laden des N- und des A-Zählers mit den Werten N=216, A=40

29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 26 25 24 23 22 21 20 Control-Bit
0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0
    128 64   16 8                     N = 216
                      32   8       A = 40

 

Jetzt kommt das 3-Leiter-Bus Interface ins Spiel.

Um die oben ermittelten beiden Bitfolgen an den MC145158 zu senden, sind folgende Schritte notwendig:

Das 3-Leiter-Bus Interface mit dem 3-Leiter-Bus des MC145158 verbinden.

3-Leiter-Bus Interface MC145158
CLK CLK
DATA DATA
E1 ENB
(siehe auch unter Wiki)

Überprüfen ob das Setup wie folgt eingestellt ist und gegebenen Falls so einstellen.

setup: (toggle mit S,C,E,L)
ClockSET= 0, ClockPOL= 0, EnablePOL= 0, EnableLEN= 0

Das 3-Leiter-Bus Interface als Master einstellen.

mode: master

Die zu sendenden Bitfolgen eingeben.

input: 000001100100001E1
input: 001101100001010000E1

Und mit zwei mal "Enter" die eingegebenen
Bitfolgen ausgeben.

send: 000001100100001E1
send: 001101100001010000E1

Die Zähler-Latch R, N und A sind jetzt geladen und der VCO sollte (wie oben beschrieben) bei genau 433MHz schwingen, wenn er eingephast ist.

Das Terminal-Fenster könnte danach wie folgt aussehen:

Beispiel-Terminal

Jetzt auch der Quellcode zum Interface verfügbar!

Fazit:

Das 3-Leiter-Bus Interface kann einem die Rechenarbeit nicht abnehmen, soll es auch nicht. Dafür kann man sich eigene Programme schreiben die dann evtl. auf das Interface aufsetzen. Das Interface ist ausschließlich für die Elektronikwerkstatt (Fehlersuche/Reparatur/Entwicklung) gedacht, um mal schnell ein paar Bits hin und her zu schieben. Ich habe z.B. für alle Sender- und Empfängerbaugruppen die ich öfters reparieren muß eine Excel-Tabelle angelegt, in die nur die gewünschte Frequenz eingetragen, und anschließend die resultierenden Bitfolgen abgelesen werden können.

Jetzt auch eine Muster-Tabellenkalkulation zum MC145158 verfügbar!