PLL

1. ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI
LAPORAN PERCOBAAN MODUL KL-93005
FREQUENCY SYNTHESIZER
BANGKIT NUR ROHMAT
H1C009051
KEMENTRIAN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNIK
JURUSAN TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
PURBALINGGA
2012

2. 1. DASAR TEORI
PLL kependekan dari Phase-Locked Loop pada dasarnya adalah sebuah sistem
kontrol frekuensi yang memanfaatkan sensitivitas deteksi fase antara sinyal input dan
output dari sebuah rangkaian osilasi yang terkontrol. Rangkaian PLL yang paling
sederhana yaitu terdiri dari sebuah VCO (Voltage Control Oscillator), detektor fase
(Phase detector), dan crystal oscillator. Sebuah frekuensi f1 yang dihasilkan oleh crystal
oscillator kemudian diumpankan ke rangkaian phase detector untuk dibandingkan
dengan frekuensi f2 dari VCO. Phase detector akan membandingkan frekuensi f1 dan f2,
pada kondisi awal f1 ≠ f2 karena frekuensi dari VCO = 0 Hz. Karena ada perbedaan
frekuensi antara f1 dan f2, maka rangkaian phase detector akan menghasilkan tegangan
Vdc yang mencatu VCO. Tegangan Vdc ini menyebabkan rangkaian VCO berosilasi dan
menghasilkan sebuah frekuensi f2. Rangkaian VCO akan terus berosilasi menghasilkan
frekuensi f2 sampai f2 = f1. Ketika f2 = f1, maka tegangan Vdc keluaran rangkaian phase
detector = 0 dan ini menyebabkan rangkaian VCO berhenti berosilasi (locked). Karena
rangkaian loop ini akan mengunci (locked) saat frekuensi dan fase dari kedua sinyal
sama, maka rangkaian ini disebut dengan Phase-Locked Loop.
Salah satu rangkaian PLL yang dikemas menjadi IC adalah IC CD4046B. IC ini
tersusun atas linear voltage controlled oscillator dan dua buah komparator beda fasa. IC
ini mebutuhkan sumber yang cukup kexil serta memberikan tegangan zener 5,2 volt
untuk regulasi power supply apabila diperlukan.
IC PLL CD4046B

3. Blok diagram IC 4046B
IC yang tersusun dalam kemasan DIL (Dual In Line) package ini memiliki
beberapa karakteristik, antara lain:
1. Konsumsi daya yang rendah, yaitu 70uW saat VCO fo=10KHz dan VDD=5V
2. Cakupan frekuensi kerja hingga 1,4MHz saat VDD=10V dan RL=5kΩ
3. Simpangan frekuensi yang rendah, yaitu 0,04%/o saat VDD=10V
4. Linearitas VCO yang tinggi, yaitu <1% saat VDD=10V
5. VCO inhibit control untuk modulasi OOK (On-Off Keying) dan konsumsi daya
standby yang sangat kecil
6. Dioda zener untuk memberikan regulasi power supply
7. Memiliki karakteristik output yang simetris
8. 100% teruji untuk arus diam saat 20V
9. Memiliki parameter nilai 5V, 10V dan 15V
Berikut ini disajikan tabel karakteristik dari IC CD4046B

4. IC PLL CD4046B dapat digunakan untuk beberapa keperluan aplikasi yang
berhubungan dengan hal telekomunikasi, antara lain FM modulator dan demodulator,

5. Frekuensi sintesis dan multiplikasi, frekuensi diskriminator, data sinkronisasi, konverter
tegangan ke frekuensi, tone decoding, FSK-modems dan signal conditioning.
2. DATA PENGAMATAN
A. VCO input voltage vs output frequency characteristic
C4
VR1,
VR1 VR2
Frekuensi Frekuensi
V (volt) (KHz) V (volt) (KHz)
0 ? 0 1,4
0,5 ? 0,5 1,5
1 0,48 1 1,8
1,5 5 1,5 5,9
2 9,6 2 10,3
2,5 13,1 2,5 13,7
3 17,5 3 18,3
3,5 21,1 3,5 21,8
4 25,6 4 26,1
4,5 28,9 4,5 29,5
5 32,5 5 33
5,5 36 5,5 36,5
6 39,3 6 40
6,5 42,3 6,5 42,9
7 45,6 7 46
7,5 48,5 7,5 49
8 51,8 8 52,3
8,5 54,9 8,5 55,2
9 58,4 9 58,8
9,5 60,2 9,5 60,6
10 63,6 10 64,5
10,5 65,3 10,5 65,7
11 65,3 11 66,2
11,5 65,8 11,5 66,7
12 65,8 12 66,7

6. Kurva C4-VR1
70
63.6 65.3 65.8
65.3 65.8
60 60.2
58.4
54.9
50 51.8
48.5
45.6
40 42.3
39.3
36 Frekuensi
30 32.5
28.9
25.6 Tegangan
20 21.1
17.5
13.1 12
10 9.6 10 1111.5
9 9.5 10.5
5 5.5 7 8 8.5
6 6.5 7.5
3 4 5
2.5 3.5 4.5
0 0 0.48 2
0 0.5 1.5
1
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Kurva C4-VR1, VR2
80
70
64.5 66.2 66.7
65.7 66.7
60 60.6
58.8
55.2
50 52.3
49
46
40 42.9
40 Frekuensi
36.5
30 33
29.5 Tegangan
26.1
20 21.8
18.3
13.7 12
10 10.3 9 10 1111.5
8 8.5 9.5 10.5
5.9 5 6 7 7.5
4 4.5 5.5 6.5
0 1.4 1.8 2 2.5 3.5
0 0.5 1.5
1.5
1 3
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
C5
VR1,
VR1 VR2
Frekuensi Frekuensi
V (volt) (KHz) V (volt) (KHz)
0 ? 0 17,77
0,5 ? 0,5 17,79
1 53 1 23,19
1,5 54,4 1,5 64,57
2 100,2 2 109,1
2,5 168,7 2,5 176,1
3 199,8 3 206,7
3,5 244,2 3,5 250,4
4 280,8 4 287
4,5 322,4 4,5 327,7
5 351,6 5 356,6
5,5 387,5 5,5 392,5

7. 6 418,4 6 423,4
6,5 448,4 6,5 452,8
7 487,3 7 490,7
7,5 509,6 7,5 513,2
8 539,5 8 541,9
8,5 562 8,5 565,8
9 585 9 589,2
9,5 613,5 9,5 617
10 635,8 10 637,8
10,5 653 10,5 655,1
11 654,6 11 657,7
11,5 655,8 11,5 658
12 656 12 658,5
Kurva C5-VR1
700
6 656
653 655.8
635.8 54.6
600 613.5
585
562
539.5
500 509.6
487.3
448.4
400 418.4
387.5
351.6 Frekuensi
300 322.4
280.8
244.2 Tegangan
200 199.8
168.7
100 100.2
5354.4
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1010.5 12
0 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 1111.5
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Kurva C5-VR1, VR2
700
637.8 65858.5
617
655.1 6
657.7
600 589.2
565.8
541.9
500 513.2
490.7
452.8
400 423.4
392.5
356.6 Frekuensi
327.7
300 287
250.4 Tegangan
200 206.7
176.1
100 109.1
64.57
0 23.19
17.77 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5
17.79 2 3 4 5 6 7 8 9 1010.5 12
1
0 0.5 1111.5
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

8. C6
VR1,
VR1 VR2
Frekuensi Frekuensi
V (volt) (MHz) V (volt) (MHz)
0 ? 0 0,1582
0,5 ? 0,5 0,1579
1 ? 1 0,1938
1,5 0,4762 1,5 0,5682
2 1,016 2 1,084
2,5 1,304 2,5 1,365
3 1,715 3 1,767
3,5 2,017 3,5 2,062
4 2,332 4 2,372
4,5 2,612 4,5 2,656
5 2,804 5 2,841
5,5 3,046 5,5 3,076
6 3,307 6 3,328
6,5 3,448 6,5 3,477
7 3,606 7 3,634
7,5 3,815 7,5 3,836
8 3,958 8 3,976
8,5 4,012 8,5 4,119
9 4,224 9 4,241
9,5 4,363 9,5 4,371
10 4,451 10 4,46
10,5 4,512 10,5 4,529
11 4,525 11 4,533
11,5 4,524 11,5 4,535
12 4,529 12 4,541

9. Kurva C6-VR1
14
12 12
11.5
11
10 10.5
10
9.5
9
8 8.5
8
7.5
7 Frekuensi
6 6.5
6
5.5 Tegangan
5 4.512 4.529
4.525
4.5 4.451 4.524
3.958 4.363
4 4
3.5 3.815 4.224
3.606 4.012
3.448
3 3.307
3.046
2 2.5 2.017 2.804
2.612
2.332
2 1.715
1.5 1.304
1 1.016
0.5
0 0 0 0 0.4762
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Kurva C6-VR1, VR2
14
12 12
11.5
11
10 10.5
10
9.5
9
8 8.5
8
7.5
7 Frekuensi
6 6.5
6
5.5 Tegangan
5
4 4
4.5 4.241 4.529 4.541
3.976 4.371
3.836
4.535
4.119 4.46 4.533
3.5 3.634
3.477
3.328
3 3.076
2 2.5 2.062 2.841
2.656
2.372
2 1.767
1.5 1.365
1.084
1 0.5682
0.5
0.1938
0.1582
0 0 0.1579
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
Tabel 15-4 Phase comparator frequencies
jumper set value TP4 frequency TP5 frequency OUT frequency
001 500 541 1,08
005 500 500 5
015 500 500 15
025 500 500 25
3
035 500 500 35
045 500 500 45
055 500 500 55
065 500 500 65
075 500 500 75
4 085 500 500 85
095 500 500 95

10. 100 500 500 100
200 500 500 200
300 500 500 300
400 500 500 400
500 500 500 500
5 600 500 500 600
700 500 500 700
800 500 500 800
900 500 500 900
999 500 500 999
1200
1000
800
set value
600
Nilai
TP4 frequency
TP5 frequency
400 OUT frequency
200
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Data ke-

11. 3. PEMBAHASAN
Dalam bahasan ini ialah percobaan menggunakan modul KL-93005 yaitu membahas
mengenai frequency synthesizer. Frequency synthesizer sendiri merupakan suatu sumber
frekuensi (frequency source) yang frekuensi outputnya sama dengan frekuensi input dikalikan
suatu bilangan integer tertentu. Di dalam frequency synthesizer ini, tersusun beberapa blok
rangkaian, antara lain PLL (phase locked loop), VCO (voltage controlled oscillator), phase
detector dan divide-N counter (rangkaian counter pembagi N).
Gambar dari rangkaian modul KL 93005 frequency synthesizer adalah seperti berikut
Figure 15-13 KL-93005 module

12. Figure 15-2 Block diagram of typical frequency synthesizer
Typical Frekuensi Synthesizer Gambar 15-2 menunjukkan diagram blok dari
synthesizer frekuensi langsung. Frekuensi referensi fr ke input referensi dari rangkaian PLL
adalah osilator kristal frekuensi fx dibagi oleh M. Seperti disebutkan sebelumnya, frekuensi
output dari synthesizer frekuensi dihitung dengan persamaan fo = N.fr.
Kelemahan utama dari synthesizer frekuensi khas adalah keterbatasan frekuensi pembagi
diprogram. Frekuensi operasi maksimum pembagi diprogram tersedia di pasar hanya beberapa
puluh MHz. Hal ini membatasi frekuensi output maksimum frekuensi synthesizer. Untuk
mengatasi kerugian ini jenis berikut synthesizer frekuensi dapat dipilih.
a. Percobaan pertama
Percobaan yang pertama dilakukan adalah mengukur nilai frekuensi dan
perbandingannya dengan tegangan input VCO (VCO input voltage vs output frequency
characteristic). Percobaan ini terbagi menjadi 3, dengan menggunakan 3 buah kapasitor yang
berbeda nilainya, yaitu C4 (2700 pF), C5 (180 pF) dan C6 (3 pF). Dan tiap-tiap percobaan
terbagi lagi menjadi 2, yaitu ketika dihubungkan dengan VR1 saja serta ketika VR1 dan VR2
dihubungkan. Nilai VR1 yang digunakan adalah 10KΩ dan VR2 sebesar 1,4MΩ. Berikut
ditunjukkan bagian-bagian yang digunakan dalam percobaan ini.

13. Lingkaran merah A menunjukkan bagian dari rangkaian untuk merubah nilai
kapasitor yang akan dipakai (C4, C5, C6), lingkaran B merupakan bagian dari rangkaian
untuk menghubungkan VR1 dan VR2, lingkaran C sebagai soket masukan VCO input untuk
memberikan nilai tegangan 0-12 Vdc dan lingkaran D sebagai output dari VCO yang akan
diukur nilai frekuensinya.
Berdasarkan data pengamatan yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa nilai
frekuensi keluaran VCO berbanding lurus dengan nilai tegangan input VCO. Namun
perbedaan terlihat jelas pada nilai frekuensi keluaran saat nilai kapasitor diganti, sehingga
dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa semakin kecil nilai kapasitor yang dipakai pada VCO,
maka nilai frekuensi keluaran yang dihasilkan akan semakin besar.
Sementara nilai frekuensi dari ketiga percobaan yang dilakukan berbeda ketika
dipasang VR1 dan ketika dipasang VR1-VR2, perbedaannya yang jelas terlihat pada rentang
0-1 Vdc, nilai pada kondisi ini memiliki perbedaan yang cukup tinggi dibandingkan dari
rentang lainnya. Hal ini mungkin terjadi karena saat hanya diberikan VR1 dan inputan VCO
saja belum mampu membangkitkan frekuensi keluaran, walaupun ada nilainya terlalu kecil.
Berbeda dengan saat diberi tambahan VR2, karena ada tambahan tegangan dari pin 12 maka
VCO mampu membangkitkan frekuensi keluaran.

14. b. Percobaan kedua
Percobaan kedua adalah mengenai pengukuran signal frequencies of phase
comparator. Dengan rangkaian yang digunakan adalah sebagai berikut:
Lingkaran A-B-C-D merupakan posisi jumper yang harus dihubungkan dan khusus
untuk bagian B, merupakan jumper yang diganti-ganti sesuai dengan set value yang ada di
tabel pengamatan. Lingkaran E-F-G merupakan titik pengukuran, dengan E adalah TP4, F
adalah TP8 dan G adalah output dari VCO.
TP4 dan TP8 merupakan keluaran dari sumber frekuensi referensi yang akan menjadi
inputan phase comparator PLL dan keluaran dari phase comparator inilah yang akan menjadi
inputan bagi VCO. Karena TP4 dan TP8 adalah keluaran dari rangkaian pembagi frekuensi,
maka seharusnya nilai keduanya adalah sama dan apabila berbeda, tingkat perbedaannya
haruslah kecil. Seperti yang terlihat pada data pengamatan, walau terdapat perbedaan antara
nilai TP4 dan TP8, perbedaannya tidak terlalu besar. Berdasarkan data pengamatan yang
diperoleh, nilai frekuensi output akan semakin besar seiring dinaikannya nilai set value dan
perbandingan nilai input phase comparator adalah sama atau mendekati sama.
Secara umum, prinsip kerja dari phase locked loop adalah dua buah sinyal dikatakan
memiliki frekuensi yang sama bila beda fasa antara keduanya selalu tetap. Bila misalnya
frekuensi VCO berubah maka beda fasa antara osilator kristal dan VCO akan berubah.
Perubahan beda fasa ini kemudian oleh detektor fasa dikonversi menjadi perubahan tegangan
error. Tegangan error berupa deretan pulsa-pulsa ini kemudian dilewatkan ke rangkaian low

15. pass filter sehingga menjadi tegangan DC yang benar-benar rata. Selanjutnya perubahan
tegangan DC yang sudah rata ini diberikan pada varaktor sehingga frekuensi VCO kembali
seperti semula. Dengan cara ini maka frekuensi VCO akan “terkunci” (locked) dan selalu
sama dengan frekuensi osilator kristal. Berhubung osilator kristal sangat stabil maka frekuensi
VCO dengan sendirinya akan ikut stabil. Inilah prinsip kerja PLL (gambar c).
Dalam gambar (d) frekuensi referensi (fr) berasal dari osilator kristal yang telah
dibagi (oleh rangkaian pembagi frekuensi) dengan bilangan pembagi = R. Sementara itu,
sebelum dibandingkan dengan frekuensi referensi (fr), frekuensi output VCO (fo) juga dibagi
dengan bilangan pembagi = N. Pada saat sistem PLL ini dalam keadaan terkunci (locked)
maka fr = fo / N atau dengan kata lain :
fo = N . fr.
Berdasarkan persamaan ini maka fo akan mudah dibuat variabel dengan mengubah
besarnya bilangan N, dimana N adalah bilangan bulat dan fr adalah satuan terkecil dari
perubahan fo. Satuan terkecil ini sering disebut step. Dengan demikian mudah di dihitung :
Bila fr = 100 kHz maka fo = N. 100 kHz.
Bila fr = 10 kHz maka fo = N . 10 kHz
Bila fr = 1 kHz maka fo = N . 1 kHz, dst.
N adalah bilangan bulat, bukan pecahan, dan N bisa bernilai 1 hingga tak berhingga.
Dalam praktek umumnya N ditentukan oleh lebar frekuensi kerja VCO, karena tidak ada
VCO yang mampu bekerja pada frekuensi nol hingga tak berhingga.
Lebar frekuensi VCO ditentukan oleh karakteristik varaktor yang digunakan. Nilai
kapasitansi varaktor dalam PLL ditentukan oleh tegangan error yang dihasilkan detektor fasa
yang besarnya berkisar antara 0 – 5 volt, mengingat detektor fasa umumnya dibangun dari
TTL (Transistor Transistor Logic) yang beroperasi pada tegangan 5 volt. Variasi tegangan
error ini akan menentukan lebar frekuensi kerja VCO. Terkadang variasi tegangan 0 - 5 volt

16. sering dirasa kurang. Untuk mendapatkan variasi tegangan yang lebih lebar (misalnya 0 - 15
volt) dibutuhkan sebuah DC Amplifier sehingga akan diperoleh frekuensi kerja VCO yang
lebih lebar.
Kesimpulan penting yang bisa diambil dari sini adalah bahwa frekuensi output PLL
sangat stabil (se-stabil frekuensi kristal) tapi sekaligus dapat diubah-ubah dengan amat
mudah, cukup dengan mengubah besarnya bilangan pembagi (N).
4. Kesimpulan
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan sebagai
berikut:
1. Rangkaian frequency synthesizer ini, tersusun beberapa blok rangkaian, antara lain
PLL (phase locked loop), VCO (voltage controlled oscillator), phase detector dan
divide-N counter (rangkaian counter pembagi N).
2. Semakin kecil nilai kapasitor yang dipakai pada VCO (pin 6-7) , maka nilai frekuensi
keluaran yang dihasilkan akan semakin besar.
3. Pada percobaan signal frequencies of phase comparator, nilai frekuensi output akan
semakin besar seiring dinaikannya nilai set value dan perbandingan nilai input phase
comparator adalah sama atau mendekati sama.
4. Frekuensi output PLL sangat stabil (se-stabil frekuensi kristal) tapi sekaligus dapat
diubah-ubah dengan amat mudah, cukup dengan mengubah besarnya bilangan
pembagi (N).

17. Referensi :
http://id.wikipedia.org/wiki/PLL diakses tanggal 9 November 2012 pukul 19.00 WIB
http://sekawan-servis-electronic.blogspot.com/2010/11/pll-phase-locket-loops.html diakses
tanggal 9 November 2012 pukul 22.00 WIB
http://konversi.wordpress.com/2009/08/17/phase-locked-loop/ diakses tanggal 9 November
2012 pukul 18.50 WIB
http://www.datasheetarchive.com/CD4046BE-datasheet.html diakses tanggal 9 November
2012 pukul 19.00 WIB
http://www.2wijaya.com/phaselockloop.htm diakses terakhir tanggal 10 Desember 2012
pukul 16.00 WIB