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Application Report
SCHA003B - September 2002
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CMOS Phase-Locked-Loop Applications Using the
CD54/74HC/HCT4046A and CD54/74HC/HCT7046A
W. M. Austin Standard Linear & Logic
ABSTRACT
Applications of the HC/HCT4046A phase-locked loop (PLL) and HC/HCT7046A PLL with
lock detection are provided, including design examples with calculated and measured
results. Features of these devices relative to phase comparators, lock indicators,
voltage-controlled oscillators (VCOs), and filter design are presented.
Contents
Introduction 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Basic Loop Operation 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Description of the HC/HCT4046A 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Phase Comparators (PCs) 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Operation of Phase Comparator PC1 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Operation of Phase Comparator PC2 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Operation of Phase Comparator PC3 (HC/HCT4046A Only) 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lock Indicators 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PCP
out
of the HC/HCT4046A 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lock Detector of the HC/HCT7046A 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Voltage-Controlled Oscillator (VCO) 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VCO Description 15. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VCO Frequency Control 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
VCO Parametric Ranges and Restrictions 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Design Examples With Measured and Calculated Results 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Design Examples With and Without Offset 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Example With Offset 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Example Without Offset 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rules of Thumb for Quick Calculations 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tabulated Solutions 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Filter Design for the HC/HCT4046A 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Loop Examples 32. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LPF Using PC1 (Example 1) 32. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Using PC2 With a Lag-Lead Filter (Example 2) 36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Simple LPF Using PC2 (Example 3) 37. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Simple LPF Using PC2 With Divide-by-N (Example 4) 37. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Simple RC LPF Using Frequency Offset and PC2 (Example 5) 38. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
