74HC4046のVCOINをFETで拡張する方法

遠坂さんの「PLL回路の設計と応用」の233ページに載っていたこの回路を試してみたら、本当に4046の発振周波数がめっちゃリニアになって、可変範囲も広がり、0Vまで使えるようになりました。

1kHz～14MHzまで発振できます。

電圧と周波数の関係は綺麗な直線・・のように見えますが、少し膨らんでいます。傾きで2倍くらい違いますが、ほぼ直線と言えるでしょう。

ちなみに次のページにある定電圧ダイオードを使った回路を併用してみたけど効果はありませんでした。

VCOの改良は、FETで定電流ドライブする回路のみで十分と思われます。

さて、今回の回路はPLLとして動作はしているのですが、1.7MHz(VCOは10.2MHz)までしか追従できませんでした。

分周比を変えたり比較周波数を半分にしても同じなので、位相比較器の問題ではなく、VCOの問題と思われます。

試行錯誤していたら、電源ICが間違って2.5Vのものを使っていたことに気が付きました。電源を5Vにしたらリファレンス2.9MHzまで(VCOは17MHzまで)追従できるようになりました。4066はVCOINの電圧が発振周波数に直接効いてくるので、電源電圧が高いほうが高周波まで使えて有利です。

一方、低速の限界のほうは20kHzとか30kHzとかでした。これはVCOの発振下限由来か、ループフィルタの出力がmVオーダーでノイズの影響を受けやすいためと考えられます。

低いほうはノイズとの闘いになるようですね。