PLLのトラブル対策

PLLのトラブルとは
PLLICは便利で高性能、もう30年ほどいろんなICを使っていますが、簡単にロックしてもなかなか性能が出なかったり、全くロックしなかったりで大変苦労しました。今回はPLLとして動かし始める時のチェックのあれこれを書いてみたいと思います。
ハード的には
　上記のようなFMトランシーバーのPLLを例にチェックしていきましょう。
１）電源ショートチェックと出力観測の設定
まず最低限、電源ラインのショートチェックをしましょう。そして出力をスペアナ等に繋ぎ、希望周波数の1/4から4倍ぐらいの周波数が見えるように設定しましょう。決して使用周波数範囲を見るだけではいけません。最初はどこに発振しているか誰にもわかりません？　電源を入れ、PLLのレジスタにデーターを設定しましょう。ここで全く発振出力が見えなかったら..
２）VCOの電源は大丈夫か
まずはVCO部の電源電圧を確認しましょう。ちゃんとかかっていますか？OKならばその後段のアンプ部をチェックします。とりあえずはテスターでコレクタ電圧を見れば良いでしょう。それがOKだったら。スペアナに先をバラした細い同軸ケーブルつけてGNDアミ線は近くのGNDへ芯線は100PF位のコンデンサーを介してVCOからの発振出力の各部分につけて確認します。
３）コントロール電圧はどうなっている
それでも発振していないようでしたら、VCOのコントロール電圧も確認します。VCOの回路定数によってはコントロール電圧が0Vだと、バリキャップの容量が最大になり、共振回路のQが下がって発振しにくい場合がありますので、コントロール電圧をチェックしましょう。0Vか電源電圧いっぱいになっていたら、ここのラインを外して半固定抵抗などで中間電圧を加えてみます。これで発振したら希望周波数で固定して、発振が安定するようにバイアス抵抗などを変えてみましょう。発振すれば希望出力レベルまで出るように後段まで調整します。
４）PLL-ICまで信号は来ているか
次にPLL-ICの入力まで信号が来ているか確認します。PLL-ICは周波数によって入力レベルの感度が違いますし、あまりレベルが高いとかえって誤動作する場合がありますので、データーシートをよく見て確認しましょう。
５）チャージポンプ出力を確認
ここで５の端子のチャージポンプ後の信号をオシロ等で見ます。３）でつなげた半固定を回して設定周波数の上側と下側でレベルが反転するのを確認しましょう。(周波数が高くなった場合に０Vに向かうパルスの幅が広くなり、低い周波数の場合電源電圧側のパルスの幅が広がるのがこの回路の場合の通常動作です）ここがうまく動いていない場合はさらにICの出力がどうなっているかをチェックしましょう。この部分でソフトによる設定がOKかどうか確認できますので、ソフト屋さんにも確認しましょう。それでもおかしな場合は、右下図のように信号発生器(SG)から直接PLL-ICに信号を入れてみて動作確認しましょう。
６）ループフィルタのゲインをチェック
ここまでOKならば３）で切ったラインを繋げて全体で動かしてみます。ロックしない、電源源を入れた直後が動かないなど、一度はロックすることが出来るならば、ループのゲインを疑いましょう。とりあえず時定数を大きくしている容量の大きなコンデンサー（ピンクの印のもの）を外して動かしてみます。コンデンサーがないとロックした時のスペクトル波形が悪いですが、ゲインが上がりますのでまずは安定してロックしない原因を探しましょう。抵抗の定数間違いや配線違いなどもチェックすべきです。(コンデンサーを外してかえってロックしにくくなる場合もありますので、ケースバイケースでやってみましょう）
その後は.....
　以上ロックさせるまでのチェック方法を紹介しましたが、さらにこれからが位相ノイズ低減・ロックスピード・ロック周波数範囲の拡大などやることはまだまだありますね。そのあたりはまた次回で
ソフト的には
PLL-ICの設定でチャージポンプ部の流せる電流などを設定できる物もあります。これを使うとロックした後の安定時期に電流を減らして位相ノイズを減らせますが、初期のテスト時期はかえってまず動作させるために電流を流した方がロックしやすい場合があります。ソフト屋さんに設定を任している場合はメーカー推奨値はどうなっているか、今回の設定はどうかなども確認しましょう。

参考書籍---------------------------------------------------------------