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
iv
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Nama : Fastaqimah Fii Amrillah
NIM : 08334008
Tempat/Tanggal lahir : Bandung, 18 Januari 1991
SD lulus tahun : 2002 di SDIT Lukmanul Hakim
SLTP lulus tahun : 2005 di SLTP Negeri 13 Bandung
SLTA lulus tahun : 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
v
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
vi
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.
vii
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
viii
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
ix
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
x
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
xi
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 fA dan
fB ................................................................................................................ 13
Gambar 10. Phase detektor dual-D flip-flop, termasuk di dalamnya LPF .................... 14
Gambar 11 (a). Output PD dual-D flip-flop (Q2) ketika f1 mendahului f2
(b). Output PD dual-D flip-flop (Q2) ketika f2 mendahului f1. ................... 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 phase-
frekuensi 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 putus-
putus) ......................................................................................................... 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
xii
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
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Deskripsi 16 Pin IC XR2212 ................................................................... 33
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Datasheet XR2212
Datasheet LM741
Data Gambar Hasil Pengukuran
47
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/index-
telekomunikasi_&_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-and-
implementation-of-a-novel-frequency-modulation-circuit-using-a-
phase-locked-loop-synthesizer (12 April 2012)
[13] http://www.hindawi.com/journals/ijrc/2011/342532/ (12 April 2012)
