Salah satu faktor penyebab ketidak setabilan frekuensi sebuah osilator adalah terjadinya perubahan karakteristik komponen aktif ataupun pasif yang disebabkan oleh perubahan suhu atau lamanya pemakaian, keadaan yang statis, dan hembusan udara. Untuk mengatasi hal tersebut dapat diterapkan PLL Synthesizer yaitu sebuah sistem pengandali umpan balik terkontrol yang menjaga perbedaan fase antar sinyal referensi dengan sinyal output osilator. PLL Synthesizer dapat dirancang untuk menstabilkan frekuensi keluaran VCO dari perubahan suhu, getaran dan hmbusan angin yang menyebabkan perubahan karakteristik komponen yang dipakai. PLL Synthesizer dapat dirancang untuk mengendalikan frekuensi keluaran VCO. Sistem dianggap berhail apabila PLL FM Synthesizer telah mampu mensintesiskan frekuensi keluaran pada rentang 88 sampai 108 MHz dengan step 100 KHz dan mampu mempertahankan (mengunci) frekuensi VCO sesuai keluaran frekuensi referensi

Muchlas, M

Sukowati, Sony

Sunardi, S

Universitas Ahmad Dahlan Repository

ISSN: 1693-6930                                    99   PLL SYNTHESIZER UNTUK MEMANTAPKAN DAN MENSINTESIS FREKUENSI 88 – 108 MHz    Muchlas1), Sunardi2), Soni Sukowati3) Program Studi Teknik Elektro Universitas Ahmad Dahlan Kampus 3 UAD Jl. Prof. Soepomo Janturan Yogyakarta Telp. (0274) 379418 Fax. (0274) 381 523 Email: muchlas@uad.ac.id   Abstrak Salah satu faktor penyabab ketidak setabilan frekuensi sebuah osilator adalah terjadinya perubahan karakteristik komponen aktif ataupun pasif yang diebabkan oleh perubahan suhu atau lamanya pemakaian, keadaan yang statis, dan hembusan udara. Untuk mengatasi hal tersebut dapat diterapkan PLL Synthesizer yaitu sebuah sistem pengandali umpan balik terkontrol yang menjaga perbedaan fase antar sinyal referensi dengan sinyal output osilator. PLL Synthesizer dapat dirancang untuk menstabilkan frekuensi keluaran VCO dari perubahan suhu, getaran dan hmbusan angin yang menyababkan perubahan karakteristik komponen yang dipakai. PLL Synthesizer dapat dirancang untuk mengendalikan frkuensi keluaran VCO. Sistem dianggap brhail apabila PLL FM Synthesizer telah mampu mensintesikan frekuensi kluaran pada rentang 88 sampai 108 MHz dengan step 100 KHz dan mampu mempertahankan (mengunci) frekuensi VCO seuai kluaran frekuensi refensi.  Kata Kunci: PLL FM Synthesizer, Fase, frkuensi  1. PENDAHULUAN Frekunsi radio khususnya pada rentang 88 sampai 108 MHz banyak digunakan untuk keperluan broadcasting. Dalambeberapa tahun terakhir ini, mulai bermunculan sekumpulan atau bahkan pribadi mendirikan stasiun raidio broadacasting di jalur ini. Apalagi otonomi daerah mulai diperlakukan sehingga kebebasan pengmbangan dareh diserahkan sepenuhnya pada daerah tersebut. Faktor pembiayaan yang relatif murah dan faktor kemudahan perakiitan sebuah sitem tranmiter FM berdaya rendah adalah hal-hal yang menyebabkan banyaknya stasiun radio broadcating  didirikan pada frekuensi ini. Kesetetabilan frekuensi keluaran osilator dari sebuah sistem pemancar sangat dipelukan untuk pemakaian dalam kurun waktu lama terutama dalam bidang radio broadcasting. Staiun radio broadcasting biasanya menggunakan tranmiter dalam kurun waktu yang cukup lama bahkan ada yang 24 jam non stop. Ksetabilan yang tinggi dari VCO (Voltag Control Oscilator) dapat dijaga dengan sebuah PLL Synthesizer. Pada penelitian ini akan dirancang sebuah PLL Synthesizer untuk menjaga frekuensi keluaran sebuah VCO dan sekaligus menisintesis frekuensi keluaranya sehingga diproleh komponen yang murah dan mudah didapat dipasaran.   2. PERANCANGAN ALAT 2.1. Dasar-dasar PLL PLL (Phase Locked Loop) adalah untai umpan balik terkontrol yang menjaga perbedaan fase antara sinyal referensi dengan sinyal output osilator. Gambar 1 meunjukan diagram dasar dari sebuah PLL. Sebuah detektor fase membandingkan fase dari frekunsi keluaran VCO (fosc) dengan fase dari sinyal frekuensi referensi (fref). Pulsa keluaran dari detektor fase dibangkitkan dalam perbandingan lurus dengan perbedaan fase yang tredeteksi. Pulsa ini diratakan dengan melewatkan pada sebuah loop filter. Hasilnya adalah sebuah komponen dc yang dijadikan sinyal input untuk mengontrol VCO. Keluaran dari VCO (fosc) dikembalikan (feedback) ke input detektor fase untuk dibandingkn kemudian frekuensi dan fase kuduanya dibuat sama. Dengan demukian fase dan frekunsi dari VCO dan sumber sinyal referensi dalam keadaan terkunci (locked state).  PLL Synthesiszer Untuk Memantapkan Frekuensi....(Muchlas)                     ISSN: 1693-6930100       fREF  θREF     Oscilator  Output   Gambar 1. Diagram blok dasar PLL  Analisis untuk sitem PLL ini dapat dilakukan dengan diagram blok pada gambar 2 berikut:    θREF(s)  +  -  θOSC (s)   Gambar 2. Diagram blok PLL   Dengan:  Kp: penguatan (gain) dari detektor fase (V/rad)  Kf: fungsi transfer (transfer function) dari loop filter (V/V)  Kv: fungsi transfer (transfer function) dari VCO  Vc: level kontrol VCO  s: variabel laplace Penggunaan transformasi laplace (laplace trnsform) digunakan untuk mendapatkan fungsi transfer dari loop tertutup tyang dapat dikresikan sebagai:  )()(1)()()( sWsxKxKKsxKxKKssvfpvfprefosc =+=θθ …………………………………………..(1)  Transformasi penguatan VCO (Kv) adalah sebuah fungsi waktu. Fase adalah integral waktu dari frekuensi. Pengatan dapat   diekspresikan sebagai berikut:  sKsK VV =)(   ……………………………………………………………...(2)  Penguatan detektor fase diasumsikan utnuk tidak menjadi sebuah fungsi frekuensi. Dari persamaan (1) dan prsamaan (2) diperoleh:  VfPVfPxKsxKKsxKsxKKsW)()()( +=  …………………………………………………….(3)  Persamaan tersebut adalah daser dari transfer fungsi linear untuk sebuah PLL. PLL dapat dikembangkan lebih luas digunakan sebagai sebuah frekunsi synthesizer dengan menghasilkan frekunsi-fekuensi dari sebuah sumber sinyal tuggal yaitu sebuah osilator kristal. Blok dari aplikasi PLL untuk frekuensi synthesizer ditunjukan pada gambar 3.   Reference Signal Phase Frequency Detector Loop  Filter  KF (s) Source KpVoltage Controlled Oscillator KV(s) Reference Source Signal Kp KF(s) KV(s) TELKOMNIKA  Vol. 2, No. 2,  Agustus 2004 :  99 - 106 TELKOMNIKA  ISSN: 1693-6930 ■ 101 PLL Synthesiszer Untuk Memantapkan Frekuensi....(Muchlas)  fREF IN fREF          Oscilator   Output      Gambar 3. Diagram blok PLL Frequency Synthesizer  Sinyal dari sumber sinyal frekuensi digunakan untuk menghasilkan frekuensi yang diinginkan dalam sebuah frequency synthesizer, hanya frekuensi-frekuensi pada kelipatan frekuensi yang dapat dicapai. Detektor fase membandingkan sinyal dari pemagi frekuensi 1/N yang membagi sinyal output dari VCO, sinyal dari pembagi frekuensi 1/M yang membagi sinyal output dari sumbr sinyal referensi, dan mengontrol frekuensi VCO dalam sebuah keadaan kedua fase dan frekuensi sama, yaitu: NfMf oscrefin =   ……………………………………………………………...(4)  dan frekuensi osilasi  MNxff refinosc =  ……………………………………………………………(5)  fungsi transfer dari loop  tertutup PLL dalam persamaan (1) dapat dicari dengan mengacu pada gambar 4 sebagai berikut:   NxKsxKKsxKsxKKsWvfpvfp)()()(+=   …………………………………………(6)   Gambar 4. Diagram blok PLL Frequency Synthesizer untuk analiis  2.2. Perancangan PLL FM Synthesizer yang pernah dirancang bekerja pada rentang frekuensi 88 sampai dengan 108 MHz dengan langkah (step) 100 KHz. Hasil perancangan diperoleh diagram blok berikut ini.     Reference Signal Source Frequency o: M) Divider (RatiPhase Frequency Detector Loop  Filter  Voltage Controlled O  scilatorFrequency Divider (Ratio: N)                     ISSN: 1693-6930102    Gambar 5. Diagram blok PLL FM Synthesizer   Tabel 1. Komponen pada blok sistem pada PLL FM Synthesizer Blok Komponen inti Oilator referensi TC5082P Pembagi frekuensi ÷ M TC508P Dtektor fase TC5081 Loop filter  RC VCO MC1648 Freshcaller ÷ L LB3500 Pembagi terprogram ÷ N TC9122P  Penambahan freshcallerbertujuan untuk menurunkan taraf frekuensi keluaran VCO yang besar supaya mampu diterima oleh pembagi terprogram sehingga prsamaan (4) menjadi: LNfMf oscrefin.=  ………………………………………………………………………..(7)  osilator referensi dicari berdasarkan besarnya step pada synthesizer dengan persamaan sebagai berikut: Lfstep ref ×=  ……………………………………………………………...(8) Lstepf ref =   ……………………………………………………………(9)  8100000Hzfref =        Hzf ref 12500=  KHzf ref 5,12=  Bagian ini menggunakan IC TC5082 sebagai pembangkit frekuensi dengan kristal serta sekaligus sebagai pembagi dengan bilangan 1024 pada pin 7. Dengan demikian dibutuhkan kristal sebagai  sebesar : refinfrefrefin ff ×= 1024  ……………………………………………………………………...(10) KHzf refin 5,121024×=  KHzf refin 12800=  MHzfrefin 8,12=  Berdasarkan persamaan (1), pembagi terprogram TC9122P membagi dengan bilangan sebagai berikut : TELKOMNIKA  Vol. 2, No. 2,  Agustus 2004 :  99 - 106 TELKOMNIKA  ISSN: 1693-6930 ■ 103 PLL Synthesiszer Untuk Memantapkan Frekuensi....(Muchlas) LfMfNrefinosc××=   ………………………………………………………………………(11) bilangan hasil dari perhitungan ini kemudian dikodekan ke dalam bentuk BCD sebagai input pembagi terprogram TC9122P.  Misalkan diinginkan synthesizer mengeluarkan frekuensi maka besarnya bilangan pembagi N adalah: MHzfosc 5,102=8128001024102500××=N  1025=N  Chip IC TC9122P yang dipakai untuk pembagi terprogram dengan rasio pembagi N mempunyai konfigurasi input paralel 4 kali bilangan BCD sebagai berikut:   RIBUAN  RB0 | RB1 | x | x RATUSAN  RS0 | RS1 | RS2 | RS3 PULUHAN  PL0 | PL1 | PL2 | PL3 SATUAN  ST0 | ST1 | ST2 | ST3                STO ST1 ST2 ST3 | PL0 PL1 PL2 PL3 | RS0 RS1 RS2 RS3 | RB0 RB1 X X  Gambar 6. Konfigurasi input TC9122P  Berdasarkan konfigurasi pada gambar 2 maka hasil N dari perhitungan di atas diuraikan dalam bentuk kode BCD sebagai berikut: Ribuan (RB) : 1 = 1000 Ratusan (RS) : 0 = 0000 Puluhan (PL) : 2 = 0100 Satuan (ST) : 5 = 1010 Kemudian data tersebut dimasukkan pada input TC9122P dengan konfigurasi paralel sebagai berikut: 1010 0100 0000 1000  loop filter yang dipakai adalah lag-lead Filter. Perancangan loop filter ini dapat dilakukan dengan karakteristik dari tiap-tiap komponen penyusun blok sistem PLL FM Synthesizer. Untuk merancangnya dilakukan langkah-langkah sebagai berikut: 1. ζ adalah ukuran kesetailan dan biasanya dipilih antara 0.6 sampai 0.8. diasumsikan untuk ζ dipilih pada 0.7. 2. Nilai 5,4=tnω  3. lock-up time, ts sesuai kmampuan detektor fasa yang dipakai. 4. frekuensi natural sudut sec/5,4 radtttssnn == ωω                       ISSN: 1693-6930104  frekuensi naturalnya πω2nfn =   5. Rasio pembagian frekueni 1080100108 ==KHzMHzN   6. Gain dari VCO, π2xVVffKMINMAXMINMAXv −−=  Dengan:  fMAX : Frekuensi keluaran maksimum  fMIN  : frekuensi keluaran minimum  VMAX : tegangan masukan maksimum  VMIN : tegangan masukan minimum  π24688108 xKv −−=   vradKv sec//8,62=   7. Gain dari detektor fase, π4OLOHpvvK −=  Dengan:  VOH : tegangankeluaran maksimum  VOL : tegangan keluaran minimum 8. Selanjutnya dapat dibuat loop filter sebagai berikut:  Gambar 7. Leg-Lead Filter  Nilai komponen yang dipakai dapat dicari dengan rumus berikut:  21 )2( xfnNxxKIC vcpπ=  dengan:  Icp : PLL IC Charge Pump Curent  121121CxKNNxKRnn⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ +−= ωζω   2212CxKNRn⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ −= ωζ  1012CC =  TELKOMNIKA  Vol. 2, No. 2,  Agustus 2004 :  99 - 106 TELKOMNIKA  ISSN: 1693-6930 ■ 105 PLL Synthesiszer Untuk Memantapkan Frekuensi....(Muchlas) Pada kenyataanya ternyata pada beberapa parameter yang dibutuhkan tidak terdapat pada datasheet komponen yang dipakai yatu pada detektor fase dengan IC TC508P sehingga tidak mungkin dilakukan perhitungan dengan rumus-rumus yang ada. Untuk tetap memperoleh rancangan sistem PLL dilakukan dengan mencoba untuk memperoleh loop filter yang dimaksudkan sehingga dipeoleh loop filter seperti pada gambar 8.   Gambar 8. Leg-Lead Filter hasil eksperimen   3. PENGUJIAN Pengujian dilakukan untuk menguji apakah sistm dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Sistem dianggap berhasil apabila PLL FM Syntheizer telah mampu mensintesiskan frekuensi keluaran pada rentang 88 sampi 108 MHz dengan step 100 KHz dan mampu mempertahankan (mengunci) frekuensi keluaran VCO sesuai frekuensi referensi. Langkah-langkah pada pengujian sistem adalah sebagai berikut: 1. Menghidupkan istem PLL FM Synthesizer. 2. Memasukan set frekuensi mmelalui input BCD dari IC TC9122P pada rentang 88 sampai 108 MHz dengan step 100 KHz. 3. Mengukur keluaran VCO fosc dengan frekuensi counter atau dengan peerima FM yang dilengkapi dengan detektor sinyal dan frekuensi counter.   4. KESIMPULAN DAN SARAN Dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1. PLL Synthesizer dapat dirancang untuk menstabilkan frekuensi keluaran VCO dari perubahan suhu, hembusan angin yang menyebabkabkan peubahan karakteristik komponn yang  dipakai. 2. PLL dapat dirancang untuk mensintsiskan frekuensi keluaran VCO.  Untuk pengembangan alat dimasa mendatang, kami usulkan beberapa saran sebagai berikut: 1. Membuat pengontrol input TC9122P pada PLL FM Synthesizer dengan masukan matrix keypad dan penampil menu LCD display untuk melakukan seting frekuensi dengan mikrokontroler. 2. membuat software pada mikrokontroler sebagai pembatas rentang frekuensi pada 88 sampai 108 MHz.   DAFTAR PUSTAKA [1] Agfianto Eko Putra, 2002, Belajar Mikrokontroler AT89C51/52/55 Teori dan Aplikasi, Gava Media, Yogyakarta. [2] Comer David. J., 1981, Electronic Design with Integrated Circuit, California State University, Chico. [3] http://Atmel.com, 2000, Datasheet, Atmel corporation. [4] http://www.elico.net, FM Exciter 20C. [5] http://www.texasinstrument.com, Application Report TLC2932, 1997. [6] http://www.tcdata.com, TC5082P Oscillator and Reference Devider. [7] http://www.tcdata.com, TC5081P PLL Phase-Locked-Loop.                     ISSN: 1693-6930106  [8] http://www.tcdata.com, TC9122P Programmable Devider. [9] Nalwan Andi. P., 2003, Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikrokontroler AT89C51, Elex Media Komputindo, Jakarta [10] Shrader Robert. L., 1985, Electronic Communication, Fifth Edition, McGraw-Hill, Inc., New York. [11] Susanto Budhy, 2002, Teknik Interface 1a Keypad Heksadesimal, http://alds.stts.edu. [12] Susanto Budhy, 2000,Teknik Interface 2b Seiko Instrument M1632 LCD Modul, http://alds.stts.edu.   TELKOMNIKA  Vol. 2, No. 2,  Agustus 2004 :  99 - 106 

PLL Synthesizer Untuk Memantapkan dan Mensintesis Frekuensi 88-108 MHz

http://eprints.uad.ac.id/7121/1/2004-muchlas-TELKOMNIKA-pll-synthesizer.pdf

PLL Synthesizer Untuk Memantapkan dan Mensintesis Frekuensi 88-108 MHz

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Universitas Ahmad Dahlan Repository