PLL锁相环芯片LC72131无法彻底锁定求助

king5555

szsz 发表于 2024-10-18 15:26
我的电路中最关键的是R1，R2，C1这三个参数吗？
对应了上面那张无源滤波器中的R1，R2，C三个参数，对吗 ...

是的，书上都是以无源的计算，套用到有源的。用前几楼的原厂电路就可以，再加入C2用几百pF，C2是靠近VCO的。
之前的Vt波形，我看是接近锁定的，就是上突下凹波过于垂直，正常的应该不垂直，并且幅度很隠隠约约的，这也是C2的作用，不过市售VCO通常有內含C2电容，自己再加入比较保险。通常Vt波形不会是前面仿真的鋸齒波，受到沒接C2以及模型的因素，但也表明了Vt絕對是有波动的，只是示波器只看到隠约的波动。

king5555

qmycy 发表于 2024-10-18 20:20
PLL仿真真头疼

256分频，参考频率8k

你这个波形仿真花了多久的时间才跑完。如果C2由10u降低到1n的波形会相差多少。

qmycy

awa的vco：
[1.1,1;5.1,1]^-1*[1;2.1]=[0.275;0.6975]
f=0.275*Vt+0.6975MHz
实际vco:
[1.1,1;7.1,1]^-1*[1;2.1]=[0.183;0.7983]
f=0.183*Vt+0.7983Mhz
经过比较，帖子里的VCO的增益比awa的低，约乘以1.5倍。
我计算了一下：这个有源滤波器的零点，就是1/(R2-1/gm)*C1,比1/(R2*C1)频率略高一点。
零点：37Hz，极点为0.8Hz，330Hz，截至频率在120Hz左右。
环路的直流增益，-gm*R3
根据帖子vco与awa的vco增益差距为0.275/0.183=1.5
帖子vco的R3那个4.7K提高一档至6.8K,这个参数是pid里面的P。

szsz

qmycy 发表于 2024-10-19 09:55
awa的vco：
[1.1,1;5.1,1]^-1*[1;2.1]=[0.275;0.6975]
f=0.275*Vt+0.6975MHz

感谢这么详细的解释



报告一下最新的进展
减小R1，R2，R3情况变差之后，就开始逐一恢复，看哪个影响最大。
发现R1由470恢复到660无变化，R2由680恢复到1k之后，550kHz-750kHz锁定恢复。
沿着这个思路，继续增大R2，看是否有变化。

增大R2，变好
R1=660，R2=2k，R3=3.3k，C1=4.7uf
10khz参考频率，550-850khz锁定
3khz参考频率，550-690khz锁定

恢复R3，变好
R1=660，R2=2k，R3=4.7k，C1=4.7uf
10khz参考频率，550-850khz锁定
3khz参考频率，550-780khz锁定

继续增大R2，变好
R1=660，R2=3k，R3=4.7k，C1=4.7uf
10khz，550-850khz锁定
3khz，550-870khz锁定

继续增大R2，没变化
R1=660，R2=4k，R3=4.7k，C1=4.7uf
10khz，550-850khz锁定
3khz，550-870khz锁定

把R3换成10k电位器，测试不同的电阻值，没变化
R1=660，R2=4k，R3=1-10k，C1=4.7uf
10khz，550-850khz锁定
3khz，550-870khz锁定

尝试改变C1
R1=660，R2=4k，R3=4.7k，C1=4.7uf，5.7uF，6.9uF，9.4uf
基本没有变化，10khz参考频率的时候，锁定上限是900khz的接收频率，910khz都难以达到。
感觉好像遇到了瓶颈，无论如何不能再提高锁定频率。我也尝试过提高VCC（接约11V的蓄电池输出），但是没有变化，既没有变好也没有变坏。

是参数的问题还是干扰的问题呢？
是否我应该增加AIWA那三个10nf的去耦电容？
我确实没有放C2，因为我看高频头上有一个聚酰胺电容，下图C13。是否我应该增加C2？



吃完午饭就尝试。
感谢各位大佬的无私帮助

qmycy

szsz 发表于 2024-10-19 12:28
感谢这么详细的解释

看了你的最新描述：
调不出规律，考虑元器件的实际参数的影响。
C704 C714 的10nf电容加上吧。一个一个加吧。这些电容对参考频率的高次谐波有抑制能力。
如果有可能用贴片电容陶瓷电容。
上次你发的示波器图形，还是有很强的寄生电感。跟仿真软件的过阻尼二阶电路波形不一样。
C3你看看能不能缩小到awa的47uf，220uf经计算，在10khz参考频率，容抗74毫欧，已经接近电容内阻了，基本对高次谐波没有什么抑制能力。

king5555

R1=660，R2=4k，R3=2.2k，Vcc=9v，只改变C1=4.7uf以下，先只调试最高频率，C1能大能大。若不行需要看PD和Vt波形。先比較能否让Vt拉高，先不管能否鎖住。

szsz

qmycy 发表于 2024-10-19 15:03
看了你的最新描述：
调不出规律，考虑元器件的实际参数的影响。
C704 C714 的10nf电容加上吧。一个一个 ...

今天调参数把心态搞崩溃了

下午搞到了一块可以调压的LDO，于是给VCC单独供电9.5V，突然发现10khz和3khz参考频率下都可以锁定了，从550khz-1650khz接收频率都能锁定。
此时的配置是：
R1=660，R2=4k，R3=9k，C1=9.4uf

R3是电位器，C1是两个4.7uf并联，于是开始尝试其他配置可否锁住。
发现如下配置都能锁定：
R1=660，R2=4k，R3=4.7k或9k，C1=4.7uf或9.4uf

于是取下电位器换上4.7k电阻，取下并联的C1电阻中的一个，变成如下配置：
VCC=9.5V，R1=660，R2=4k，R3=4.7k，C1=4.7uf
此时发现又不能完全锁定了。
把AIWA板上C704 C714 等三个10nf电容加上，并加上了与C3=220uf并联的100nf电容。发现情况没有任何改善，甚至更差。恢复到上午只能锁定到最高900kh接收频率的状态。

重新把C1设为9.4uf，并尝试把原来用的4.7uf电解电容换成两个并联4.7uf贴片陶瓷电容，重新把R3换成电位器，从新调试，发现没有任何改善。取下三个10nf电容，也没有任何改善。一直是最高锁定900khz。

怀疑洞洞板焊了很多此太脏了，于是把电位器取下，参数恢复为：
VCC=9.5V，R1=660，R2=4k，R3=4.7k，C1=4.7uf
用酒精超声清洗了一下。
洗完之后彻底不能锁定了
按您的指导，把C3从220uf更换为47uf。此时又变成最高锁定900khz。

我不知道这个900khz是怎么回事，900就没问题，910就不能锁定。我现在甚至怀疑是不是72131有问题了
要被这个LPF搞崩溃了
看来今天只能洗洗睡了，看明天能不能有啥新变化

qmycy

这个单管有源滤波器，今天仔细看了下：
比例增益原公式：

整理后：

整理后发现：
比例增益kp与r2/r1的比值有关。从公式来看r3的增加确实影响不大。只有r1+r2大于r3影响会大。
积分增益原公式：

整理后：

积分增益ki取决于R1C1，仔细思考了一下，是因为米勒效应

目前你调整的情况是，增加了比例增益，加大了积分时间（减小了积分增益）
这个环路可以参考开关电源的TYPE-IIa型单零单极补偿器。

目前已知，你的调整目标是以最小的脉冲宽度去生成vco控制电压。
我以前看过一个月球着陆器的控制的例子，这种调节器是很慢的，跟开车一样，油门都是一点一点的踩。
环路调节的问题，我也讨论不出什么了，因为看不到VT的电压波形，估计也很难捕捉。

qmycy

公式图片被logo给遮住了。
图片压缩到一个压缩包里，备存。
公式图片.zip (96.37 KB, 下载次数: 18)

2024-10-20 13:23 上传

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szsz

qmycy 发表于 2024-10-20 13:18
这个单管有源滤波器，今天仔细看了下：
比例增益原公式：

感谢这么详细的公式，如果是能和PID控制关联起来，多少还有一点经验可以借鉴

先汇报一下我今天上午的瞎折腾结果，之后再认真看您给我的公式。

早上起床后不死心，怀疑难道我的晶振不好。搞不定事情之后就开始疑神疑鬼了，哈哈
刚好买的4.5MHz的晶振到了，就换上测试4.5晶振看看。好像突然能锁定了，一阵激动，事后发现根本就是错觉，同样的设定频率有时能锁有时又不能。我判断锁定的方法就是循环读取DO值（100ms一次，最长20s），只要发现UL位为1即判定锁定。这种状况让我怀疑VT和DO电压输出是不是有啥问题，于是用示波器观察了一下。

这是一个被我判断为锁定状态的DO蓝色和VT黄色。
果然是有时锁定，有时不能锁定。程序只是走了狗屎运，偶尔抓到一次UL=1，于是判定它是锁定的，其实一直还在波动。
昨天我尝试到某个配置能够在各种频率读到UL=1，应该也纯粹是运气。在20s中偶尔抓到了一个锁定状态。实际上并不是真的锁定。


我于是尝试不同的接收频率，大概总结如下：
500-600kHz时，新设定频率的时候会出现几秒的VT波动，然后VT会彻底平静，不会再有跳动。
600-800khz时，新设定频率的时候会出现几秒的VT波动，之后VT会像上面动图那样，偶尔平静，大部分时间跳动。
800khz以上，VT一直有震荡，读不到UL=1

我测了自己的搭的电路在三个接收频率550kHz，1050kHz，1550kHz，对应本振1Mhz，1.5MHz，2Mhz条件下VT黄色和DO蓝色的波形。
测试时的配置：
R1=660，R2=4k，R3=9.4k，C1=9.4uf（这一组配置只是我刚好瞎调到这个值而已）
VCC=9.5V，晶振4.5MHz，参考频率10kHz

550kHz，震荡几秒之后会稳定下来

1050kHz，震荡会一直在


1550kHz，震荡会一直在



我就好奇AIWA的板子VT的波形什么样子。
于是就测了同样三个频率的VT黄色和DO蓝色的波形。发现AIWA的板子设定新的频率后也会出现几秒VT波动，如下图所示。之后不论设定频率高低都会彻底平静，不再跳动。这才是真的锁定吧

550kHz


1050kHz


1550kHz


上传图片的时候排序搞错了，准备删了重新上传，结果今天的10张图用完了。
只能传个压缩包了
vs AIWA.rar (470.07 KB, 下载次数: 17)

2024-10-20 14:50 上传

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szsz

king5555 发表于 2024-10-19 17:02
R1=660，R2=4k，R3=2.2k，Vcc=9v，只改变C1=4.7uf以下，先只调试最高频率，C1能大能大。若不行需要看PD和Vt ...

VT能够拉高，示波器读取AMIN波形和频率也都对。
唯一的问题就是频率不够稳定，无法从DO数据中读到UL=1，应该不能彻底锁定。同时VT中会有不稳定的小跳动，如果DO电平输出锁定状态，也会看到不能锁定的负脉冲

qmycy

szsz 发表于 2024-10-20 14:58
VT能够拉高，示波器读取AMIN波形和频率也都对。
唯一的问题就是频率不够稳定，无法从DO数据中读到UL=1， ...

vco与高频头的隔离电阻是多大的？awa的是两个10k，你的高频头上是多大的电阻?
那个芯片内部的mos管，都要检查好坏。

king5555

szsz 发表于 2024-10-20 14:58
VT能够拉高，示波器读取AMIN波形和频率也都对。
唯一的问题就是频率不够稳定，无法从DO数据中读到UL=1， ...

多多参考gmycy的意见和公式。今天先冷静休息。Vt夠高但是不稳定，那么先健全硬件尔后再检讨程序。需要你把实验的电路图包含使用的电源完整贴出来，芯片编號名称丶零件打上编号和规格。
AM-IN的強度不可太小或过大，其引线較长时需要屏敝。石英晶体也有可能干扰到线路，其布线丶接线要讲究。芯片沒用到的接脚必須妥善处置。全部的电源必須稳定，旁路和退耦的电容不要省略。
下次最好也把PD端的波形也贴出，示波器探棒串联电阻1k~10k才測量PD和Vt端。

szsz

qmycy 发表于 2024-10-20 16:25
vco与高频头的隔离电阻是多大的？awa的是两个10k，你的高频头上是多大的电阻?
那个芯片内部的mos管， ...

感谢指导

高频头内部没有隔离电阻，我也只用了一个470作为隔离电阻。因为我看到AIWA的板子上只有一个220的隔离电阻。雅马哈的板子上有两个10k的隔离电阻。是我看错了吗？

我测了一个阶跃响应，设置本振从1MHz跳到2MHz，看VT的上升过程。我今天上传图片的权限用完了，只能大概总结一下。
发现AIWA电路板的上升时间是30ms，我的电路板上升时间是300ms。这是不是说明我的PI控制中的P设置明显偏小？
我测VT上升时间的时候VT脚没有加隔离电阻，可能有干扰，但是测到了这个明显的差别

szsz

king5555 发表于 2024-10-20 17:02
多多参考gmycy的意见和公式。今天先冷静休息。Vt夠高但是不稳定，那么先健全硬件尔后再检讨程序。需要你 ...

好的，感谢这么详细的指导

我冷静一下先，然后找时间把详细的电路图画一下，让您看看是不是有严重的错误。
目前72131和高频头没用的脚我都是全部悬空，比如BO1-4，IO1-2，FMIN，IFIN全部悬空。高频头的IF输出也悬空着。
会不会这些带来了严重的干扰？如果想要降低干扰，是不是都应该加电阻接地？