DISAIN DAN IMPLEMENTASI PHASE LOCKED-LOOP (PLL) SEBAGAI MODUL PRAKTIMUM DEMODULATOR FM Design and Implementation Phase Locked-Loop (PLL) as Practicum Module FM Demodulator TUGAS AKHIR Untuk memenuhi sebagian persyaratan menyelesaikan pendidikan Diploma IV Program Diploma IV Teknik Telekomunikasi Wireless Jurusan Teknik Elektro diajukan oleh : FASTAQIMAH FII AMRILLAH 08334008 POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
DISAIN DAN IMPLEMENTASI PHASE LOCKED-LOOP (PLL) SEBAGAI MODUL PRAKTIMUM DEMODULATOR FM Design and Implementation Phase Locked-Loop (PLL) as Practicum Module Demodulator FM TUGAS AKHIR disusun oleh : FASTAQIMAH FII AMRILLAH 08334008 telah disidangkan di depan Majelis Sidang Tugas Akhir pada tanggal 16 Juli 2012 Susunan Majelis Sidang Tugas Akhir Penguji I Penguji II Penguji III Sanam Herlambang, SST, M.T. Hepi Ludiyati, S.T., M.T. Drs. Ir. Wasit Pardosi, M.Eng. NIP. 19571105 198402 1 003 NIP. 19720426 200112 2 001 NIP. 19550225 198403 1 002 Pembimbing I Ir. Suharjono, M.T. NIP. 19650821 199203 1 004 Proyek Akhir ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan Tanggal... Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung Ir. Hari Purnama, M.Eng. NIP. 19580601 199303 1 001
DAFTAR RIWAYAT HIDUP Nama : Fastaqimah Fii Amrillah NIM : 08334008 Tempat/Tanggal lahir : Bandung, 18 Januari 1991 SD lulus tahun SLTP lulus tahun SLTA lulus tahun : 2002 di SDIT Lukmanul Hakim : 2005 di SLTP Negeri 13 Bandung : 2008 di SMA Negeri 5 Bandung Prestasi yang pernah dicapai: 1. Divisi Acara dalam Tasyakuran Asrama Angkatan 2006 2. Anggota KAMMI Tahun 2009 3. Terlibat dalam kepengurusan Asrama Mahasiswa POLBAN sejak 2009 4. Meraih nilai Proficiency English Test kedua tertinggi pada tahun 2012 di Kelas 4 Nirkabel 2008 iv
LEMBAR PERSEMBAHAN Buku ini saya persembahkan kepada Dia yang telah memberikan banyak hal kepada saya. Semoga masih akan ada banyak hal lain yang dapat saya persembahkan. Air mata adalah salah satu cara dia mengekspresikan kegembiraan, kegalauan, cinta, kesepian, penderitaan, dan kebanggaan, serta dia mempunyai kekuatan mempesona laki-laki. Dia dapat mengatasi beban lebih dari laki-laki, dia mampu menyimpan kebahagiaan dan pendapatnya sendiri, dia mampu tersenyum saat hatinya menjerit, mampu menyanyi saat menangis, menangis saat terharu, bahkan tertawa saat ketakutan.dia berkorban demi orang yang dicintainya, dia mampu berdiri melawan ketidakadilan, dia menangis saat melihat anaknya adalah pemenang, dia girang dan bersorak saat kawannya tertawa bahagia, dia begitu bahagia mendengar suara kelahiran.dia begitu bersedih mendengar berita kesakitan dan kematian, tapi dia mampu mengatasinya.dia tahu bahwa sebuah ciuman dan pelukan dapat menyembuhkan luka. Hanya ada satu kekurangannya, dia sering lupa betapa berharga dirinya. I like being what I am. Maka sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan.sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. (Q.S. Al-Insyirah 94:5-6) Kupersembahkan untuk Orang-orang yang menyayangi dan melindungiku v
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang atas berkat rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Desain dan Implementasi Phase Locked-Loop (PLL) sebagai Modul Praktikum Demodulator FM. Dalam menyelesaikan dan menulis laporan tugas akhir ini, penulis banyak mendapat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua, adik-adik dan teteh yang selalu mendo akan dan memberi dukungan. 2. Inab dan Ine Ida yang dekat. 3. Ir. Suharjono, M.T. selaku Pembimbing Tugas Akhir. 4. Ir. Hari Purnama, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 5. Bapak Vitrasia, DUT, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Telekomunikasi Nirkabel. 6. Ir. Hertog Nugroho, M.Sc., Ph.D. selaku Ketua Panitia Pelaksana Tugas Akhir D4 Teknik Telekomunikasi Nirkabel. 7. Santy Fauziyah, Silviani Indah P., Ibnu Toni, Vera Noviana Kresnawati, dan Ghaniyya Rahman Azizan selaku Partner Tugas Akhir yang selalu memberikan bantuan, masukan dan dukungan. 8. Hanum Fatonah Hendarsyah selaku teman sekamar di asrama yang selalu diganggu, ditanya-tanya dan tidak keberatan dengan kegaduhan. 9. Lisna, Rizki, Winda dan Akhwat 2008 serta teman-teman sekelas yang selalu memberi dukungan serta pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Semoga Allah memberikan balasan yang lebih baik dan melimpahkan rahmat-nya kepada kita semua. Penulis menyadari penyelesaian tugas akhir ini masih memiliki banyak kekurangan dikarenakan keterbatas ilmu dan pemahaman penulis. Penulis akan dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun untuk memberikan hasil yang lebih baik. vi
Penulis berharap, terselesaikannya tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca.dan tugas akhir ini dapat dijadikan bahan perbandingan untuk pengembangan lebih lanjut. Bandung, Juli 2012 Penulis vii
ABSTRAK Pada tugas akhir ini dibahas tentang demodulator FM. Terdapat berbagai macam demodulator FM bergantung pada rangkaian pembangunnya. Dalam tugas akhir ini dibuat demodulator FM dengan menggunakan Phase Locked-Loop (PLL). Dalam pembuatan demodulator FM, masalah yang paling sering dialami adalah ketidak stabilan frekuensi carrier. Hal ini memengaruhi kualitas sinyal informasi sebagai output. Sehingga perlu dibuat cara agar didapat frekuensi carrier yang stabil namun tetap mudah diubah-ubah sesuai dengan kepentingannya. Kestabilan frekuensi bisa didapat dengan menggunakan Kristal pada osilator frekuensi. Namun dengan menggunakan Kristal, frekuensi kerja akan sulit diubah-ubah.sifat utama PLL adalah mengunci suatu frekuensi tertentu ketika telah didapati frekuensi yang sama antara input dan output. Ketika frekuensi berubah, PLL akan bekerja dengan sendirinya agar kembali pada kondisi lock. Sifat PLL ini menjadikan PLL digunakan sebagai pilihan dalam pembuatan tugas akhir dengan judul Desain dan Implementasi Phase Locked-Loop (PLL) sebagai Modul Praktikum Demodulator FM. Kata Kunci :Phase Locked-Loop, Demodulator, FM, frekuensi ABSTRACT In this final project the main topic will be about FM demodulator. There many kind of FM demodulator according to circuit that build it up. In this final project, the demodulator will be build with circuit Phase Locked-Loop (PLL). The most usual problem in building FM demodulator is that the unstable state of carrier. This unstable carrier will effect the quality of output. So there need to be a way to stabilize the carrier and still able to change sometimes. Stability of frequency can be obtain by using crystal in the oscillator. The only disadvantage is that the frequency will be very stable and hard to change when it s needed. Meanwhile PLL had the tendency to lock it frequency when it reached similiarity in the input and output. Even when the frequency changes, it will self conduct the stability. Therefore PLL was chosen in this making of the final project with title Design and Implementation Phase Locked-Loop (PLL) as Practicum Module FM Demodulator. Key word : Phase Locked-Loop, Demodulator, FM, frequency viii
DAFTAR ISI Daftar Riwayat Hidup... iv Lembar Persembahan... v Kata Pengantar... vi Abstrak... viii Daftar Isi... ix Daftar Gambar... xi Daftar Tabel... xiii Daftar Lampiran... xiv BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Pemecahan Masalah... 1 1.3 Perumusan Masalah... 2 1.4 Tujuan Tugas Akhir... 2 1.5 Batasan Masalah... 2 1.6 Manfaat yang diharapkan... 2 BAB II Tinjauan Pustaka dan Landasan Teori 2.1 Tinjauan Pustaka... 3 2.2 Landasan Teori... 3 2.2.1 Modulasi Frekuensi... 4 2.2.2 Phase Locked-Loop... 5 2.2.3 Model Linear Phase Locked-Loop... 7 2.2.4 Phase detektor... 11 2.2.5 Voltage-Controlled Oscillator... 24 2.2.6 Low Pass Filter... 27 2.2.7 Loop Filter... 28 2.2.8 Aplikasi Phase Locked-Loop... 29 BAB III Desain dan Implementasi 3.1 Demodulator FM... 33 3.2 Rangkaian Filter... 36 3.3 Layout PCB... 37 ix
3.4 Desain Modul... 38 BAB IV Hasil dan Pembahasan 4.1 Hasil Pengukuran... 39 4.2 Analisa dan Pembahasan... 42 BAB V Penutup 5.1 Kesimpulan... 46 5.2 Saran... 46 Daftar Pustaka... 47 Lampiran... 48 x
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Modulasi Frekuensi... 5 Gambar 2. Blok diagram Phase Locked-Loop.... 6 Gambar 3. Model Linear sinyal kecil dari Phase Locked-Loop.... 8 Gambar 4. Magnitude dari PLL orde kedua sebagai fungsi frekuensi dari damping rasio tertentu.... 10 Gambar 5. Phase Detektor Exclusive-OR... 12 Gambar 6. Output tegangan rata-rata sebagai fungsi phase error dari PD eksklusif-or... 13 Gambar 7. Flip-flop RS yang digunakan sebagai phase detektor.... 13 Gambar 8. Output tegangan rata-rata sebagai fungsi phase error untuk PD flip-flop RS... 13 Gambar 9. Respon output PD eksklusif-or dan flip-flop RS terhadap input PD f A dan f B... 13 Gambar 10. Phase detektor dual-d flip-flop, termasuk di dalamnya LPF... 14 Gambar 11 (a). Output PD dual-d flip-flop (Q 2 ) ketika f 1 mendahului f 2 (b). Output PD dual-d flip-flop (Q 2 ) ketika f 2 mendahului f 1... 15 Gambar 12. Rata-rata output dual-d flip-flop sebagai fungsi dari perbedaan frekuensi input... 15 Gambar 13. Rangkaian charge pump.... 16 Gambar 14. Quad-D phase-frequency detektor.... 17 Gambar 15. Output tegangan rata-rata dari quad-d phase-frekuensi detektor sebagai fungsi dari perbedaan frekuensi input... 17 Gambar 16. Output tegangan rata-rata sebagai fungsi phase error dari quad-d phasefrekuensi detektor.... 18 Gambar 17. Switch yang dimodelkan sebagai modulator fasa.... 20 Gambar 18. Contoh bentuk gelombang input dan output dari perangkat sampling... 20 Gambar 19. Pulsa modulasi digunakan sebagai model sample... 20 Gambar 20. Output ZODH dibandingkan dengan output yang diinginkan (sinyal putusputus)... 21 Gambar 21. Respon frekuensi dari ZODH... 23 Gambar 22. Model PLL yang mengandung modul sample-and-hold yang disederhanakan... 24 Gambar 23. Respon frekuensi dari LPF... 28 Gambar 24. Low Pass Filter... 28 Gambar 25 (a). Filter orde pertama dengan output charge pump PD (b). Filter orde pertama dengan output tegangan PD... 29 Gambar 26. PLL dengan sinyal m(t) phase-modulating... 30 Gambar 27. Diagram Blok demodulator FM PLL... 31 Gambar 28. Blok diagram IC XR2212... 33 Gambar 29. Tampak atas IC XR2212... 33 Gambar 30. Rangkaian Demodulasi FM... 34 Gambar 31. Diagram skematik Filter... 37 Gambar 32. Layout PCB Demodulator... 37 Gambar 33. Layout PCB Filter... 37 xi
Gambar 34. Tampilan Modul Demodulator FM... 38 Gambar 35. Sinyal Input FM... 39 Gambar 36. Output VCO... 40 Gambar 37. Output PD... 40 Gambar 38. Sinyal output PD setelah melewati filter... 41 Gambar 39. Sinyal ouput Demodulator FM... 42 Gambar 40. Sinyal output fc = 260 KHz pada saat fm = 500 Hz dan m = sedang... 43 Gambar 41. Sinyal output fc = 260 KHz pada saat fm = 500 Hz dan m = besar... 43 Gambar 42. Sinyal output fc = 260 KHz pada saat fm = 5 KHz dan m = sedang... 43 Gambar 43. Sinyal output pada saat fc = 220 KHz fm 500 Hz dan m = sedang... 44 Gambar 44. Sinyal output pada saat fc = 380 KHz fm = 500 Hz dan m = sedang... 44 Gambar 45. Sinyal output pada saat fc = 260 KHz fm = 500 Hz dan m kecil... 45 Gambar 46. Sinyal output pada saat fc = 280 KHz fm = 10 KHz dan m kecil.... 45 xii
DAFTAR TABEL Tabel 1. Deskripsi 16 Pin IC XR2212... 33 xiii
DAFTAR LAMPIRAN Datasheet XR2212 Datasheet LM741 Data Gambar Hasil Pengukuran xiv
DAFTAR PUSTAKA [1] Chris Bowick, RF Circuit Design, Howard W. Sans & Co, Indianapolis, 1985 [2] www.wikipedia.com [3] Analog Communication Laboratory, FM Demodulator [4] Journal of Physical Sciences, Vol. 12, 2008, 213-220, Design of a Phase Detektor with Improved [5] Performance, B. Chakraborty and R.R. Pal, Received November 30, 2008; accepted December 15, 2008 [6] Modern Communication Circuit, Jack Smith [7] http://elearning.gunadarma.ac.id/docmodul/indextelekomunikasi_&_komputer.html (Maret 2012) [8] jbptunikompp-gdl-ledymaryan-22889-4-unikom_l-i.pdf (29 maret 2012) [9] http://www.altair.org/labnotes_radiobands.html (11 april 2012) [10] http://www.ve7zsa.net/technical/advsgtxt/c8rcvrs_b1_r00.htm (12 April 2012) [11] rfic.eecs.berkeley.edu/~niknejad/ee242/pdf/eecs242_lect25_xtal.pdf (12 april 2012) [12] http://www.microwavejournal.com/articles/906-design-andimplementation-of-a-novel-frequency-modulation-circuit-using-aphase-locked-loop-synthesizer (12 April 2012) [13] http://www.hindawi.com/journals/ijrc/2011/342532/ (12 April 2012) 47