TUGAS MATA KULIAH ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI

KL-93005

FREQUENCY SYNTHESIZER

IWAN SETIAJI H1C009021

KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK JURUSAN TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO PURBALINGGA 20121. DASAR TEORI

Phase Locked Loop (PLL) PLL (Phase Locked Loop) adalah suatu sistem umpan balik dimana sinyal umpan balik digunakan untuk mengunci frekuensi dan phase output pada suatu frekuensi dan phase sinyal input. Bentuk sinyal input bisa berupa sinyal sinus atau digital. PLL digunakan untuk filter, sintesa frekuensi, kontrol kecepatan motor, modulasi-demodulasi dan beragam aplikasi lain. Pada prinsipnya PLL adalah suatu feedback control system yang rangkaiannya terdiri atas bagian-bagian pokok sebagai berikut : 1. Phase Detector 2. LoopFilter 3. Voltage Controlled Oscillator (VCO) Peran utama dalam PLL dipegang oleh phase detector yang bertugas membandingkan fasa sinyal input dari VCO dengan suatu sinyal referensi dan sebagai outputnya adalah beda fasa. Adanya beda fasa akan memberikan perbedaan tegangan yang selanjutnya, perbedaan tegangan tersebut difilter oleh loop filter dan digunakan pada rangkaian. Kemudian pengatur tegangan pada VCO mengubah frekuensi kearah memperkecil perbedaan antara sinyal referensi dengan sinyal umpan balik dari VCO. Bila lingkaran system frekuensi, maka pengatur tegangan berada pada posisi dimana frekuensi rata-rata sinyal umpan balik tepat sama dengan frekuensi referensi. 1. Prinsip Kerja PPL Sistem Phase Locked Loop merupakan suatu system umpan balik yang sinyal keluarannya dikunci dengan sinyal masukan. Sinyal masukan disebut sinyal refernsi. Pada dasar dari system Phase Lock Loop (PLL) merupakan suatu feed back loop sistem, yang terdiri dari: a. b. Oscilator Referensi Phase Detector (PD)

c. d. e.

Low Pass Filter (LPF) Voltage Control Oscilator (VCO) Divider (Pembagi) Dalam feedback control system ( system control umpan balik ) komponen - Komponen

Phase Detector; Low Pass Filter dan Voltage Control Oscilator diatas Dirangkaikan dalam suatu forward path (umpan maju), sedangkan komponen Voltage Control Oscilator ; Divider dan Phase Detecktor dirangkaikan dalam suatu hubungan Feed back path (umpan balik). Jadi Phase Locked Loop merupakan suatu loop umpan Balik dengan Phase Detector (pencampur yang digunakan dengan cara yang khusus) Yang dirangkaikan dengan sebuah Low Pass Filter, sebuah Voltage Control Oscilator Serta sebuah Divider. Dalam memberikan kembali sinyal keluaran (feed back loop) Dan membandingkannya dengan sinyal Input, rangkaian Phase Locked Loop akan Memberikan kembali frekuensi yang datang. Hal ini memungkinkan Voltage Control Oscilator Mengunci Frekuensi yang baru masuk. Frekuensi yang dating atau masuk berasal dari oscillator (sebagai frekuensi acuan) yang merupakan satu input bagi Phasa Detector, sedangkan frekuensi yang keluar dari Voltage Control Oscilator diumpan kembali, setelah melalui Divider juga Menjadi frekuensi input lain bagi Phase Detector. Seperti ditunjukkan pada blok gambar berikut ini.

Gambar 2.1 Blok PLL Dengan Oscilator

Mula-mula frekuensi f(a) dekat dengan frekuensi input f(i) (dari oscillator) oleh karena output Phase Detector adalah sebuah nada denyut (sinyal frekuensi rendah), Hal ini menyebabkan frekuensi Voltage Control Oscilator berubah menjadi sama Dengan frekuensi f(a) x N. Output Phase Detector merupakan tegangan DC yang sebanding dengan beda fase antara

frekuensi f(i) dengan frekuensi f(a). Tegangan DC megendalikan frekuensi Voltage Control Oscilator fungsi menjaga agar tetap Terkunci terhadap frekuensi masukan. Dari gambar 2.1 tersebut diperoleh persamaan sebagai berikut:

f(a) = f(o) / N f(i) = f(a) f(i) = f(o) / N

Jika Voltage Control Oscilator mengalami pergeseran frekuensi maka Phase Detektor menghasilkan perubahan tegangan DC selanjutnya menghasilkan frekuensi Voltage Control Oscilator dan mengunci pada frekuensi acuan kembali.

2.

Oscillator Refferensi Oscilator referensi ini menghasilkan frekuensi input bagian PLL. Untuk Menjaga agar

system Phase Loop tetap akurat, maka oscillator referensi harus tetap Dalam keadaan stabil. Untuk itu dapat digunakan rangkaian yang dikontrol sebuah kristal. Frekuensi oscillator referensi ini besarnya harus dibuat sama dengan besar frekuensi umpan balik f(a) bila dalam keadaan lock, sehingga bila kedua sinyal tersebut menjadi input Phase Detektor maka Phase Detektor dapat membandingkan Phase kedua dari sinyal tersebut. Dari rangkaian Oscilator yang menggunakan sebuah kristal, yang mempunyai frekuensi outputnya sebesar 5kHz. Maka Capasitor Variabel fungsinya untuk menjaga keseimbangan agar output rangkaian sama dengan Frekuensi kristal.

3. Voltage Controlled Oscillator Rangkaian VCO (Voltage Control Oscillator) atau osilator terkendali adalah suatu rangkaian yang berfungsi menghasilkan gelombang output AC, biasanya gelombang kotak atau persegi, dimana frekuensi yang dihasilkan tergantung kepada tegangan input yang diberikan kepadanya. VCOs secara umum dapat dikategorikan ke dalam dua kelompok berdasarkan jenis gelombang yang dihasilkan: 1), Harmonik Oscilator

2) Relaxation oscillator Harmonic osilator menghasilkan gelombang sinusoidal. Harmonic Oscilator terdiri dari sebuah rangkaian penguat yang menyediakan gain yang memadai dan rangkaian resonani yang memberikan sinyal feed back padal input.Osilasi terjadi pada frekuensi resonansi di mana gain positif muncul di sekitar Loop. Beberapa contoh dari osilator harmonik adalah osilator kristal dan osilator LC-tank. Relaksasi osilator dapat menghasilkan bentuk gelombang gigi gergaji atau segitiga. Osilator jenis ini umumnya digunakan dalam rangkaian terpadu monolitik (IC). . VCOs Osilator Relaksasi dapat memiliki tiga topologi: VCOs 1) grounded VCOs capasitor, 2) mitter-coupled VCO, dan 3) delay-based ring VCOs. Dua dari jenis VCO yang pertama ini beroperasi sama. VCOs osilator harmonik memiliki keuntungan lebih dari osilator relaksasi. Frekuensi stabilitas terhadap suhu, kebisingan, dan power supply jauh lebih baik untuk VCO ososilator harmonik. Osilator harmonic memiliki akurasi yang baik untuk mengontrol frekuensi karena frekuensi dikendalikan oleh crytal atau tank circuit.

Gambar berikut menunjukkan rangkaian dasar dari VCO

Gambar 2.2 VCO dasar Frekuensi osilasi ditentukan oleh L1, D2 dan C2. Diode yang digunakan adalah diode

varactor ( varicap). Kebanyakan diode PN junction bersifat sebagai varicap jika diberi bias mundur (reverse bias) di bawah tegangan breakdownnya. Dengan bias mundur, diode akan bersifat sebagai kapasitor dimana daerah kosong (depletion region) menjadi dielektrik. Dengan mengubah tegangan reverse yang diberikan, akan mengubah lebar depletion region sehingga efek kapasitansinya juga berubah. Akibatnya, frekuensi resonansi rangkaian juga berubah. VCO seperti ini adalah tidak stabil, sedikit perubahan pada input akan mengubah frekuensi keluarannya. Untuk itu diperlukan suatu mekanisme sedemikian rupa sehingga keluaran VCO menjadi stabil.

Perhatikan gambar berikut :

Jika output VCO dan suatu osilator kristal diinputkan pada phase detector, dimana frekuensi dan phase kedua input sama, maka detektor tidak menghasilkan output. Sebaliknya, jika ada perbedaan phase, maka perbedaan itu dikonversi menjadi suatu tegangan output DC. Semakin besar perbedaan phase/frekuensi, maka semakin besar tegangan output detektor. Tegangan output detektor ini bisa diinputkan pada VCO sehingga frekuensi keluaran VCO akan bergerak menuju frekuensi osilator, dan akhirnya terkunci (lock) pada frekuensi osilator.

IC PLL CD4046B

Blok diagram IC 4046B

IC yang tersusun dalam kemasan DIL ( Dual In Line) package ini memiliki beberapa karakteristik, antara lain: 1. 2. 3. 4. 5. Konsumsi daya yang rendah, yaitu 70uW saat VCO fo=10KHz dan VDD=5V Cakupan frekuensi kerja hingga 1,4MHz saat VDD=10V dan RL=5k Simpangan frekuensi yang rendah, yaitu 0,04%/o saat VDD=10V Linearitas VCO yang tinggi, yaitu