PLL

前回周波数カウンタ機能が動き始めたので今回はいよいよVCOのF-V特性の自動測定です。

D/A値を0～4095まで5刻みで増加させながら以下を実行していきます。

1. D/A値をセット
2. 1秒待つ
3. D/A値と周波数をシリアルに出力

ターミナルソフトでこれを記録しておきグラフなどの処理を行ないます。

2.で待つのは2つの理由があります。

一つはVCOの応答を待つため、とは言ってもループフィルタなどは通っていないので遅延は大きくないはずです。

もう一つは...... こちらの方が重要です。前回書いたようにゲート時間は256msあり、しかもタイマ割り込みで非同期に動いています。仮にゲート時間が始まった直後にD/Aを変更したとするとその結果が出るのは256ms後になります。しかもゲート時間が始まってからVCOの周波数が変わるまでは不正な値をカウントしてしまいます。本来ゲートの切り替わりを2回待つべきですが、0.5秒以上待つことで済ませてしまいました。

もう「その10」と2桁に達してしまいましたが、当面は何か進捗があるたびに書いていこうと思います。

今回は何が進捗したかというと、出力周波数を下げていくとロックしたりしなかったり不安定になる問題です。

1MHzというのはVCOを単独で動かして求めた可変範囲をもとに出せるはずと思っていたわけですが、ループフィルタの出力の範囲が狭い、あるいはその付近でVCOのF-V特性が急峻になっていて周波数が安定しない、という可能性もあります。

前回リングオシレータの電源云々と書いたのは後者の対策だったのですが、ちょっと実験するだけならもっと簡単な方法がありました。

それはリングオシレータを1段から5段に変更してみることです。これで同じ入力電圧に対する周波数は約1/5（容量などの影響でもうちょっと下がるはず）になります。

試してみると設定下限の300kHzまで安定に動作します。代わりに上限も下がって14MHz程度までしか出せなくなりました。

前回インバータでリングオシレータVCOを作った時の周波数可変範囲を見てみましたが、さらにいくつか追加で入手しましたのでそれらも同様に見てみました。

まずはSN74AHCU04N、これはUnbufferedタイプなので1段での動作は期待できません。

さすが高速タイプなのでこれまでで最高の185MHzを達成しました。その代わりに下も1MHz程度までしか下がりません。

前回は74LS624によるVCOを作成しましたが、当初の計画である1MHz～25MHzには上限が足りない上にV2のコントロールが必要です。

そこで74HC4046によるVCOも作ってみました。

これも部品点数の少ないシンプルなものですね。74HC4046も前に動かしているので基本それを踏襲していますが、R1を切り替え式から挿し替え式に変更しました。さらにR2も必要に応じて挿せるようにソケットを用意しました。

とりあえずR1=47kΩ, R2=∞（Open）としています。

これで前回同様に周波数の可変範囲を調べてみると、0.94MHz～23MHzとわずかに広くなったうえにV2のような別途コントロールしなくてはならないものもありません。