分頻式頻率合成器制作與測(cè)試

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)頻率合成器的制作進(jìn)一步鞏固所學(xué)過(guò)的有關(guān)頻率合成技術(shù)的內(nèi)容，詳盡掌握鎖相環(huán)及有關(guān)芯片的工作原理，使所學(xué)過(guò)的知識(shí)得到進(jìn)一步的充實(shí)與提高。實(shí)驗(yàn)儀器：CD4069六反相器一個(gè)、CD4046集成鎖相環(huán)一個(gè)、CD位可預(yù)置分頻器一個(gè)、管座：14P二個(gè)、16P二個(gè)、8位微型選擇開(kāi)關(guān)一個(gè)、印刷版一個(gè)、接線(xiàn)柱六個(gè)、電阻：2M一個(gè)、30k一個(gè)、1.5k一個(gè)、1M一個(gè)、5.6k一個(gè)、10k八個(gè)、電容：51p、68p、100p、10u、1u、晶振：1MH一個(gè)。實(shí)驗(yàn)用儀器：數(shù)字頻率計(jì)、雙蹤示波器一臺(tái)、穩(wěn)壓電源一臺(tái)。簡(jiǎn)要原理：鎖相環(huán)原理：鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡(jiǎn)稱(chēng)鎖相環(huán)（PLL）。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外

2、部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位。如圖所示為集成鎖相環(huán)框圖，圖中鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三部分組成。f0為壓控振蕩器的輸出，將該頻率進(jìn)行1/N分頻，當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足見(jiàn)式鎖相環(huán)頻率合成器是目前應(yīng)用最廣泛的頻率合成器基本鎖相環(huán)頻率合成器如圖所示。參考頻率通常用高穩(wěn)定度的晶體振蕩器產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)固定分頻比的參考分頻之后獲得。當(dāng)鎖相環(huán)鎖定后，VCO輸出頻率經(jīng)N分頻得見(jiàn)式所以輸出頻率是參考頻率的整數(shù)倍,見(jiàn)式： 轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于鎖相環(huán)的非線(xiàn)性性能，精確的表達(dá)式目前還難以導(dǎo)出，工程上常用的經(jīng)驗(yàn)見(jiàn)式： 轉(zhuǎn)換時(shí)間大約等于25個(gè)參考頻率的周期。鎖相環(huán)的工作過(guò)

3、程：1. 壓控振蕩器的輸出經(jīng)過(guò)采集并分頻；2. 和基準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)輸入鑒相器；3. 鑒相器通過(guò)比較上述兩個(gè)信號(hào)的頻率差，然后輸出一個(gè)直流脈沖電壓；4. 控制VCO，使它的頻率改變；5. 這樣經(jīng)過(guò)一個(gè)很短的時(shí)間，VCO 的輸出就會(huì)穩(wěn)定于某一期望值。應(yīng)用：鎖相環(huán)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出和輸入兩個(gè)信號(hào)之間的相位同步。 芯片的用途，引腳功能，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及主要工作原理CD4069CC4069由六個(gè)COS/MOS反相器電路組成。此器件主要用作通用反相器、即用于不需要中功率TTL驅(qū)動(dòng)和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。 CD4069引腳功能圖CD4046CD4046引腳圖CD4046引腳功能描述: 符號(hào)引腳名稱(chēng)功能Ph031輸出端（相

4、位脈沖輸出） 相位比較器2輸出的相位差信號(hào)，為上升沿控制邏輯。環(huán)路人鎖時(shí)為高電平，環(huán)路失鎖時(shí)為低電平Ph1114相位比較器輸入端（基準(zhǔn)信號(hào)輸入 ），相位比較器輸入信號(hào)，輸入允許將0.1V左右的小信號(hào)或方波信號(hào)在內(nèi)部放大并再經(jīng)過(guò)整形電路后，輸出至相位比較器。PH123相位比較器輸入端（比較信號(hào)輸入） 通常PD來(lái)自VCO的參考信號(hào)。PH012PD輸出端 相位比較器1輸出的相位差信號(hào)，它采用異或門(mén)結(jié)構(gòu)，即鑒相特性為 。PH0213PD輸出端 相位比較器的輸出端，它采用，上升沿控制邏輯。VC019壓控振蕩器的控制端。VC004壓控振蕩器輸出端INH5VCO禁止端，1有效 控制信號(hào)輸入，高電平時(shí)禁止，低

5、電平時(shí)允許壓控振蕩器工作。R111 VCO外接電阻R1R212VCO外接電阻R2C16.7并接振蕩電容C1，以控制VCO的振蕩頻率。DEM010 解調(diào)信號(hào)輸出端 15 內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓二極管負(fù)極。圖3是CD4046內(nèi)部電原理框圖，主要由相位比較、壓控振蕩器（VCO）、線(xiàn)性放大器、源跟隨器、整形電路等部分構(gòu)成。CD4046工作原理如下：輸入信號(hào) Ui從14腳輸入后，經(jīng)放大器A1進(jìn)行放大、整形后加到相位比較器、的輸入端，圖3開(kāi)關(guān)K撥至2腳，則比較器將從3腳輸入的比較信號(hào)Uo與輸入信號(hào)Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓U則反映出兩者的相位差。U經(jīng)R3、R4及C2濾波后得到一控制電壓Ud加至壓控振蕩器VCO的輸入端9腳，調(diào)整VCO的振蕩頻率f2，使f2迅速逼近信號(hào)頻率f1。VCO的輸出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比較器，繼續(xù)與Ui進(jìn)行相位比較，最后使得f2f1，兩者的相位差為一定值，實(shí)現(xiàn)了相位鎖定。鎖相環(huán)CD4046的應(yīng)用：用CD4046的VCO組成的方