第2章 頻率合成器的工作原理與主要部件

1、鎖相與頻率合成鎖相與頻率合成第二章第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件頻率合成器的工作原理和主要部件第二章第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件頻率合成器的工作原理和主要部件n1.頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù):n即即:將一個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的標(biāo)準(zhǔn)頻率將一個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)信號(hào)(經(jīng)過加經(jīng)過加,減減,乘乘,除除)四則運(yùn)算四則運(yùn)算,產(chǎn)生同產(chǎn)生同樣高穩(wěn)定度和高精度的大量離散頻率的樣高穩(wěn)定度和高精度的大量離散頻率的技術(shù)技術(shù).第二章第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件頻率合成器的工作原理和主要部件n2.頻率合成器頻率合成器(頻率綜合器頻率綜合器):n即即: 根據(jù)頻率合成原理所組成的設(shè)備或根據(jù)

2、頻率合成原理所組成的設(shè)備或儀器稱為頻率合成器儀器稱為頻率合成器.第二章第二章.頻率合成器的工作原理和主要部件頻率合成器的工作原理和主要部件n3.分類分類:n按其合成的型式分為按其合成的型式分為: 直接頻率合成法直接頻率合成法 鎖相頻率合成法鎖相頻率合成法 直接數(shù)字頻率合成法直接數(shù)字頻率合成法2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理n2-1-1 2-1-1 直接頻率合成法直接頻率合成法n直接頻率合成法是將基準(zhǔn)信號(hào)通過脈沖直接頻率合成法是將基準(zhǔn)信號(hào)通過脈沖形成電路形成電路(諧波發(fā)生器諧波發(fā)生器),產(chǎn)生各

3、次諧波產(chǎn)生各次諧波,再再經(jīng)過混頻經(jīng)過混頻,分頻分頻,倍頻倍頻,濾波等進(jìn)行頻率變?yōu)V波等進(jìn)行頻率變換和組合換和組合,最后產(chǎn)生大量的所需的離散信最后產(chǎn)生大量的所需的離散信號(hào)號(hào).2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理n直接頻率合成法直接頻率合成法n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短,可得到任意小數(shù)可得到任意小數(shù)值的頻率增量值的頻率增量n缺點(diǎn)缺點(diǎn):其合成的頻率范圍將受限制其合成的頻率范圍將受限制,且采且采用了大量的混頻用了大量的混頻,分頻分頻,倍頻倍頻,濾波等裝置濾波等裝置,使合成器不僅體積增大使合成器

4、不僅體積增大,成本增高成本增高.而且而且輸出的諧波的噪聲及寄生頻率難以抑制輸出的諧波的噪聲及寄生頻率難以抑制.2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理n2-1-2 2-1-2 鎖相頻率合成法鎖相頻率合成法n是一種通過晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是一種通過晶體振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào), ,在給定的范圍內(nèi)在給定的范圍內(nèi), ,產(chǎn)生同穩(wěn)定度的大量的產(chǎn)生同穩(wěn)定度的大量的離散頻率信號(hào)離散頻率信號(hào). .2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理n一一. .脈控鎖相法脈控鎖相法n脈控鎖相式頻率合成器是一種鎖相電壓脈控鎖相式頻率合成器是一種鎖相電壓控制振蕩器控制振蕩

5、器. .2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以得到較高的指可以得到較高的指標(biāo)標(biāo).n缺點(diǎn)缺點(diǎn):對(duì)對(duì)VCO精度要求較高精度要求較高,要求在要求在 以內(nèi)以內(nèi),如果超過這個(gè)范圍如果超過這個(gè)范圍,環(huán)路就會(huì)鎖定環(huán)路就會(huì)鎖定 在鄰近的諧波上在鄰近的諧波上,造成頻道選擇困難造成頻道選擇困難,而而且且 倍頻次數(shù)越高倍頻次數(shù)越高,分辨率就越差分辨率就越差,因此因此,此方此方法提供的頻道數(shù)有限法提供的頻道數(shù)有限.0.5rf2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理n二二.數(shù)字鎖相法數(shù)字鎖相法n數(shù)字式頻率合成器是鎖相式頻

6、率合成器數(shù)字式頻率合成器是鎖相式頻率合成器的一種特例的一種特例,其區(qū)別在于鎖相環(huán)路中插入其區(qū)別在于鎖相環(huán)路中插入變頻分頻器變頻分頻器.2-1 2-1 頻率合成的方法及其工作原理頻率合成的方法及其工作原理n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):此鎖相環(huán)相當(dāng)于一個(gè)此鎖相環(huán)相當(dāng)于一個(gè)窄帶跟蹤濾波窄帶跟蹤濾波器器,具有良好的具有良好的窄帶跟蹤特性窄帶跟蹤特性和和抑制輸入抑制輸入信號(hào)的寄生干擾能力信號(hào)的寄生干擾能力,節(jié)省了大量的濾波節(jié)省了大量的濾波器器.有利于集成化有利于集成化,小型化小型化.而且如果而且如果VCO具有較高的短期頻率穩(wěn)定度具有較高的短期頻率穩(wěn)定度,晶體振蕩器晶體振蕩器具有較高的長(zhǎng)期穩(wěn)定度具有較高的長(zhǎng)期穩(wěn)定度,即能得

7、到高質(zhì)量即能得到高質(zhì)量的信號(hào)輸出的信號(hào)輸出,故在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用故在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用.2-2 2-2 數(shù)字鑒相器數(shù)字鑒相器2-2 2-2 數(shù)字鑒相器數(shù)字鑒相器n在鎖相式頻率合成器中在鎖相式頻率合成器中,采用的鑒相器種類較采用的鑒相器種類較多多.n一一.鑒相器的分類鑒相器的分類按鑒相特性按鑒相特性:正弦形鑒相器正弦形鑒相器 鋸齒形鑒相器鋸齒形鑒相器 三角形鑒相器三角形鑒相器按電路性質(zhì)分為按電路性質(zhì)分為:模擬鑒相器模擬鑒相器 數(shù)字鑒相器數(shù)字鑒相器 2-2 2-2 數(shù)字鑒相器數(shù)字鑒相器n二二.數(shù)字鑒相器的基本要求數(shù)字鑒相器的基本要求:n(1)具有較大的鑒相靈敏度具有較大的鑒相靈敏度n(2)紋

8、波輸出小紋波輸出小n(3)鑒相特性線性區(qū)域大鑒相特性線性區(qū)域大n(4)具有鑒頻能力具有鑒頻能力dK2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-與非門與非門n1.與非門與非門VRVVVd110011101001dVRVV V2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-與非門與非門n基準(zhǔn)信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)VR與與VV比較信號(hào)的比較信號(hào)的占空比均為占空比均為1:1,其相差均為其相差均為e(1)0e01( )2edmv tV d t ()2meV(1)2e301( )2edmv tV d t (3)2meV2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-與非門與非門n由此由此,可以畫出與非門鑒相器的可以畫出與非門鑒相

9、器的 關(guān)系圖關(guān)系圖( ) dev t2mdVK 2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-異或門異或門dRVVVV2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-異或門異或門2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-異或門異或門從圖中可以看出從圖中可以看出,異或門輸出的波形為輸入波形周期的一半異或門輸出的波形為輸入波形周期的一半(1)0e01( )edmv tV d tmeV2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-異或門異或門(1)2e201( )edmv tV d t (2)meV2-2-1 2-2-1 門鑒相器門鑒相器-異或門異或門mdVK 異或門鑒相器具有三角形鑒相特性異或門鑒相器具有三角形

10、鑒相特性,其鑒相靈敏度是與非門其鑒相靈敏度是與非門鑒相器的兩倍鑒相器的兩倍,重復(fù)頻率也擴(kuò)大一倍重復(fù)頻率也擴(kuò)大一倍,從而使輸出平均電壓紋從而使輸出平均電壓紋波減小波減小.2-2-22-2-2觸發(fā)器鑒相器觸發(fā)器鑒相器-RS-RS觸發(fā)器觸發(fā)器一一.RS.RS觸發(fā)器觸發(fā)器2-2-2 2-2-2 觸發(fā)器鑒相器觸發(fā)器鑒相器-RS-RS觸發(fā)器觸發(fā)器2-2-2 2-2-2 觸發(fā)器鑒相器觸發(fā)器鑒相器-RS-RS觸發(fā)器觸發(fā)器01( )2edmv tV d t2meV02e2mdVK2-2-2 2-2-2 觸發(fā)器鑒相器觸發(fā)器鑒相器-JK-JK觸發(fā)器觸發(fā)器二二. JK. JK觸發(fā)器觸發(fā)器2-2-2 2-2-2 觸發(fā)器

11、鑒相器觸發(fā)器鑒相器-JK-JK觸發(fā)器觸發(fā)器n其為下降沿觸發(fā)n當(dāng) 時(shí)02e01( )2edmv tV d t2meV2mdVK2-2-2 2-2-2 觸發(fā)器鑒相器觸發(fā)器鑒相器-JK-JK觸發(fā)器觸發(fā)器n(1)鑒相器的輸出電壓鑒相器的輸出電壓Vd與相位差成線性與相位差成線性關(guān)系關(guān)系,其線性范圍是其線性范圍是 .n(2)因?yàn)橛|發(fā)器是邊沿觸發(fā)因?yàn)橛|發(fā)器是邊沿觸發(fā),因此與輸入因此與輸入信號(hào)的占空比不相關(guān)信號(hào)的占空比不相關(guān).n(3)當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí),存在恒定的相位差存在恒定的相位差.n(4)電路集成化電路集成化,使用方便使用方便.三三. .觸發(fā)器鑒相器的特點(diǎn)觸發(fā)器鑒相器的特點(diǎn)22-2-3 2-2-3

12、 數(shù)字式鑒頻鑒相器數(shù)字式鑒頻鑒相器n數(shù)字式鑒頻鑒相器是一種新型的鑒相電數(shù)字式鑒頻鑒相器是一種新型的鑒相電路路,它利用輸入信號(hào)的跳變沿觸發(fā)工作它利用輸入信號(hào)的跳變沿觸發(fā)工作,屬于邊緣控制數(shù)字式鑒頻鑒相器屬于邊緣控制數(shù)字式鑒頻鑒相器.n它既能鑒相它既能鑒相,又能鑒頻又能鑒頻.n它只是對(duì)兩輸入信號(hào)的跳變沿進(jìn)行比較它只是對(duì)兩輸入信號(hào)的跳變沿進(jìn)行比較,因此對(duì)輸入信號(hào)的占空比無固定要求因此對(duì)輸入信號(hào)的占空比無固定要求,性性能優(yōu)越能優(yōu)越.2-2-3 2-2-3 數(shù)字式鑒頻鑒相器數(shù)字式鑒頻鑒相器n數(shù)字式鑒頻鑒相器分為數(shù)字式鑒頻鑒相器分為:n電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器一一

13、.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器ST002-由數(shù)字比相器由數(shù)字比相器,恒壓泵電路恒壓泵電路,有源比例積分濾波器構(gòu)成有源比例積分濾波器構(gòu)成一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n1.數(shù)字比相器數(shù)字比相器n由由9塊與非門電路組成塊與非門電路組成波形圖波形圖 圖圖5-10 T4044同頻鑒相波形同頻鑒相波形(a)R與與V同相；同相；(b)R滯后滯后V；(c)R超前超前V一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n結(jié)論結(jié)論:n(1)此比相器只對(duì)輸入此比相器只對(duì)輸入有比相作用有比相作用,而脈沖上升沿不影響輸出電而脈沖上升沿不影響輸出電平平.即對(duì)輸入脈沖的寬度無一定要求即對(duì)輸入脈沖的寬度無一定要求.n(2)

14、由與非門由與非門2,3和和4,5組成的兩個(gè)組成的兩個(gè)RS觸觸發(fā)器具有記憶正負(fù)相位差的作用發(fā)器具有記憶正負(fù)相位差的作用,它是此它是此比相器的關(guān)鍵部件比相器的關(guān)鍵部件.而與非門而與非門8具有比相具有比相后的復(fù)原作用后的復(fù)原作用.一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n2.恒壓泵電路恒壓泵電路(書書P56)一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n3.鑒頻原理鑒頻原理n當(dāng)輸入信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)和比較信號(hào)的相位當(dāng)輸入信號(hào)基準(zhǔn)信號(hào)和比較信號(hào)的相位差超過差超過 ,電路就自動(dòng)進(jìn)入到鑒頻狀態(tài)電路就自動(dòng)進(jìn)入到鑒頻狀態(tài).2波形圖波形圖RVff一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器4.鑒頻和鑒相特性鑒頻和鑒相特性(1)鑒相

15、特性鑒相特性一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器( )0|1|( )22etmFdmeVVVVd tt 端輸出的平均直流電壓為端輸出的平均直流電壓為FV|( )2dmdedVVKdt一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n(2)鑒頻特性鑒頻特性RVffVRTTnVRVRTfnfT一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器 端輸出的平均直流電壓為端輸出的平均直流電壓為FV2201012nFmVV d t 12(2)2mVn 1(1)mVn 一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n同理同理RVff021(1)FmVVn VRRVfTnfT一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n從特性曲線可見從特性曲

16、線可見:鑒頻特性曲線呈鑒頻特性曲線呈S形狀形狀,當(dāng)頻差越大當(dāng)頻差越大(即即n越大越大),鑒頻輸出的控制電鑒頻輸出的控制電壓也越大壓也越大,使使VCO的頻率變化也越大的頻率變化也越大,使使比較信號(hào)比較信號(hào)fv趨于趨于fR,當(dāng)當(dāng)fv=fR時(shí)時(shí),鑒頻狀態(tài)鑒頻狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)入鑒相狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)入鑒相狀態(tài),然后達(dá)到相位的鎖定然后達(dá)到相位的鎖定.故這種數(shù)字鑒相器將鑒頻與鑒相密切結(jié)故這種數(shù)字鑒相器將鑒頻與鑒相密切結(jié)合合,使用方便使用方便.一一.電壓型鑒頻鑒相器電壓型鑒頻鑒相器n特點(diǎn)特點(diǎn):n(1)電路具有鑒頻和鑒相的功能電路具有鑒頻和鑒相的功能.n(2)電路能夠全集成化電路能夠全集成化,使用方便使用方便.n(3)鑒相

17、范圍寬鑒相范圍寬,輸出紋波小輸出紋波小.n(4)對(duì)輸入信號(hào)方波的占空比無特定要求對(duì)輸入信號(hào)方波的占空比無特定要求.n(5)在環(huán)路鎖定時(shí)在環(huán)路鎖定時(shí),無靜態(tài)相位差無靜態(tài)相位差.n(6)要求輸入信號(hào)具有較高的信噪比要求輸入信號(hào)具有較高的信噪比.二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器n該鑒相器的基本特點(diǎn)是該鑒相器的基本特點(diǎn)是將相位差的變化將相位差的變化轉(zhuǎn)化為電流的充放電的過程轉(zhuǎn)化為電流的充放電的過程,如圖所示如圖所示二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器n當(dāng)當(dāng) ,開關(guān)指向開關(guān)指向a點(diǎn)點(diǎn),電流向低通濾波器電流向低通濾波器充電充電.n當(dāng)當(dāng) ,開關(guān)指向開關(guān)指向b點(diǎn)點(diǎn),電流向低通濾波器電流向低通濾波器放電放

18、電.RVRV此鑒相器接入環(huán)路且環(huán)路鎖定時(shí)此鑒相器接入環(huán)路且環(huán)路鎖定時(shí)( )( )( )0eRVttt二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器n充放電電流相等充放電電流相等,即即|-I|=I,這時(shí)這時(shí),鑒相器鑒相器經(jīng)過低通濾波器后輸出穩(wěn)定的直流電壓經(jīng)過低通濾波器后輸出穩(wěn)定的直流電壓.n此鑒相器的主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)路穩(wěn)定此鑒相器的主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)路穩(wěn)定,無靜態(tài)無靜態(tài)相差的存在相差的存在.二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器n數(shù)字式電流鑒相器數(shù)字式電流鑒相器整個(gè)電路由數(shù)字比整個(gè)電路由數(shù)字比相器相器,電流開關(guān)電流開關(guān),積分積分濾波網(wǎng)絡(luò)三部分組濾波網(wǎng)絡(luò)三部分組成成.n其中集成塊其中集成塊T1,T2與與F構(gòu)成數(shù)字比

19、相器構(gòu)成數(shù)字比相器.nD1,D2,BG1,BG2構(gòu)成構(gòu)成電路開關(guān)電路開關(guān).nBG1為充電電流開關(guān)為充電電流開關(guān).nBG2為放電電流開關(guān)為放電電流開關(guān).二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器nC1,C2和和R構(gòu)成積構(gòu)成積分濾波網(wǎng)絡(luò)分濾波網(wǎng)絡(luò).n場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管BG3為源為源極輸出器極輸出器,誤差電誤差電壓從源極輸出壓從源極輸出,加加到壓控振蕩器上去到壓控振蕩器上去控制控制VCO頻率的頻率的變化變化.二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器n數(shù)字比相器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行比相數(shù)字比相器對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行比相,比相后電流開關(guān)比相后電流開關(guān)在在A點(diǎn)產(chǎn)生充電或放電電流點(diǎn)產(chǎn)生充電或放電電流I(t).nI(t)

20、的寬度反映了兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差值的寬度反映了兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差值.nI(t)的極性反映了兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差的正或負(fù)值的極性反映了兩個(gè)輸入信號(hào)的相位差的正或負(fù)值.0()() ()AVjIjZ j二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器n電流的平均值應(yīng)為電流的平均值應(yīng)為n直流分量即為時(shí)間的函數(shù)直流分量即為時(shí)間的函數(shù).0( )2meIIt0()()2meIIjj二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器n設(shè)積分網(wǎng)絡(luò)C1,C2,R的阻抗為2121()1Rj CZ jj CRj C12121221()1()jCCR CCC CjjRC二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器代入拉氏變換代入拉氏變換0()(

21、) ()AVjIjZ j12121 221( )( )12()mAepIVpp Rpp 12( )11( )21mAeI RVppppp 11RC22R C12二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器12( )11( )21mAeI RVppppp 11pp-理想積分濾波器的傳遞函數(shù)理想積分濾波器的傳遞函數(shù)211p-RC積分濾波器的傳遞函數(shù)積分濾波器的傳遞函數(shù)由此可知電流型鑒相器的積分濾波網(wǎng)絡(luò)可以等效為一理想由此可知電流型鑒相器的積分濾波網(wǎng)絡(luò)可以等效為一理想二二.電流型鑒頻鑒相器電流型鑒頻鑒相器積分濾波器與積分濾波器與RC積分濾波器的串聯(lián)積分濾波器的串聯(lián),其作用是使環(huán)路具有其作用是使環(huán)路具有理想

22、二階環(huán)的特點(diǎn)理想二階環(huán)的特點(diǎn),并加強(qiáng)了對(duì)紋波和噪聲的進(jìn)一步的并加強(qiáng)了對(duì)紋波和噪聲的進(jìn)一步的濾除濾除,有利于提高環(huán)路的性能有利于提高環(huán)路的性能.n(1)環(huán)路的相位鎖定性能具有理想二階環(huán)的特點(diǎn)環(huán)路的相位鎖定性能具有理想二階環(huán)的特點(diǎn).n(2)不僅具有鑒相功能不僅具有鑒相功能,還具有鑒頻功能還具有鑒頻功能.n(3)鑒相范圍寬鑒相范圍寬,捕捉帶等于同步帶捕捉帶等于同步帶n(4)輸出紋波小輸出紋波小n(5)電路便于集成電路便于集成,調(diào)試方便調(diào)試方便,性能可靠性能可靠.2-3 2-3 壓控振蕩器壓控振蕩器2-3 2-3 壓控振蕩器壓控振蕩器n(1)有一定的壓控靈敏度有一定的壓控靈敏度K0n(2)控制特性的線

23、性好控制特性的線性好n(3)頻率覆蓋范圍大頻率覆蓋范圍大n(4)輸出幅值的平穩(wěn)度好輸出幅值的平穩(wěn)度好n(5)開環(huán)的相位噪聲低開環(huán)的相位噪聲低,頻譜純度高頻譜純度高n(6)頻率的穩(wěn)定度高頻率的穩(wěn)定度高(短期和長(zhǎng)期短期和長(zhǎng)期)2-3 2-3 壓控振蕩器壓控振蕩器n二二.壓控振蕩器的分類壓控振蕩器的分類:n(1)LC壓控振蕩器壓控振蕩器n(3)RC壓控振蕩器壓控振蕩器n(4)晶體壓控振蕩器晶體壓控振蕩器(VCXO)2-3 2-3 壓控振蕩器壓控振蕩器n其中其中:可產(chǎn)生很高的頻率可產(chǎn)生很高的頻率(幾幾百百KHz幾百幾百M(fèi)Hz),但是控制線性比較差但是控制線性比較差,頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度較較VCXO差差

24、.頻率控制范圍最寬頻率控制范圍最寬,可達(dá)可達(dá)100%,線性度線性度也較好也較好,但是頻率穩(wěn)定度比較差但是頻率穩(wěn)定度比較差,工作頻率低工作頻率低(幾十幾十KHz幾十幾十MHz).頻率穩(wěn)定度極高頻率穩(wěn)定度極高,但頻率覆蓋范圍小但頻率覆蓋范圍小,只能在萬分之幾到千分之幾內(nèi)變化只能在萬分之幾到千分之幾內(nèi)變化,壓控靈敏度較低壓控靈敏度較低.2-3 2-3 壓控振蕩器壓控振蕩器n主要有兩種主要有兩種:n1.直接改變振蕩回路的元件直接改變振蕩回路的元件(如如C,L,R)的的數(shù)值數(shù)值.n2.控制多諧振蕩器中定時(shí)元件的充放電控制多諧振蕩器中定時(shí)元件的充放電的電流和電壓的電流和電壓.2-3-1 2-3-1 集成集

25、成壓控振蕩器壓控振蕩器n一一.所謂所謂,是指采用具有是指采用具有特性的器件構(gòu)成的自激振蕩電特性的器件構(gòu)成的自激振蕩電路路,這種振蕩器的振蕩回路的兩個(gè)端點(diǎn)與這種振蕩器的振蕩回路的兩個(gè)端點(diǎn)與負(fù)阻器件相連接負(fù)阻器件相連接.0NVRI具體的電路如圖具體的電路如圖2-29所示所示2-3-1 2-3-1 集成集成壓控振蕩器壓控振蕩器n1.BG1BG5是為各級(jí)晶體管可設(shè)立的直流偏置電路2-3-1 2-3-1 集成集成壓控振蕩器壓控振蕩器n2.BG6BG8是組成是組成負(fù)阻壓控振蕩器負(fù)阻壓控振蕩器的主的主要部件要部件.nBG8使振蕩電流使振蕩電流I0為恒定值為恒定值,相當(dāng)于恒流相當(dāng)于恒流源源.66cNcVRI

26、下面推導(dǎo)負(fù)阻關(guān)系下面推導(dǎo)負(fù)阻關(guān)系2-3-1 2-3-1 集成集成壓控振蕩器壓控振蕩器n3.BG9可維持振蕩幅度的穩(wěn)定可維持振蕩幅度的穩(wěn)定.2-3-1 2-3-1 集成集成壓控振蕩器壓控振蕩器n4.為了得到正弦信號(hào)輸出為了得到正弦信號(hào)輸出,只要只要AGC輸入輸入短加入適當(dāng)?shù)呢?fù)偏壓短加入適當(dāng)?shù)呢?fù)偏壓,使振蕩幅度減小使振蕩幅度減小,經(jīng)過經(jīng)過BG10,BG11放大后放大后,使差分對(duì)管使差分對(duì)管BG12,BG13處于放大狀態(tài)而不處于開關(guān)處于放大狀態(tài)而不處于開關(guān)狀態(tài)狀態(tài),由射極跟隨器由射極跟隨器BG14輸出后輸出后,就可得就可得到正弦波的輸出到正弦波的輸出.2-3-1 2-3-1 集成集成壓控振蕩器壓控振

27、蕩器n三三.負(fù)載負(fù)載VCO的參數(shù)的參數(shù)n1.負(fù)阻負(fù)阻VCO的振蕩頻率的振蕩頻率(設(shè)計(jì)振蕩回路的設(shè)計(jì)振蕩回路的依據(jù)依據(jù))12025300fLCMHzLHCpF2-3-1 2-3-1 集成集成壓控振蕩器壓控振蕩器n實(shí)踐證明實(shí)踐證明:n此此VCO質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)于質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)于LC壓控振蕩器壓控振蕩器.n其頻率穩(wěn)定度其頻率穩(wěn)定度 ,相位噪相位噪聲低聲低,輸出幅度大且平坦輸出幅度大且平坦,調(diào)整方便調(diào)整方便,重量重量輕輕,體積小體積小.可靠性高等優(yōu)點(diǎn)可靠性高等優(yōu)點(diǎn).56(1010 )/s2-3-3 2-3-3 電流控制型壓控振蕩器電流控制型壓控振蕩器n在單片集成鎖相環(huán)中常使用這種在單片集成鎖相環(huán)中常使用這種VC

28、O.如圖如圖2-31(p69)NMOS的的G極加高電壓導(dǎo)通極加高電壓導(dǎo)通PMOS的的G極加低電壓導(dǎo)通極加低電壓導(dǎo)通1.初始時(shí)刻初始時(shí)刻,或非門或非門A,B輸出為輸出為A=1,B=0則則SW1中中:P1導(dǎo)通導(dǎo)通,N1截截止止. SW2中中:N2導(dǎo)通導(dǎo)通,P2截止截止.CT以恒流源以恒流源I0012TssIPCNVA=1B=02-3-3 2-3-3 電流控制型壓控振蕩器電流控制型壓控振蕩器且有且有0CTThTTVVICCtt即即00TCTTThCVC VtII充其中 為門E輸入轉(zhuǎn)移電壓電壓. (一般為4V) ThV當(dāng)當(dāng) 達(dá)到門達(dá)到門E的的轉(zhuǎn)移電壓時(shí)轉(zhuǎn)移電壓時(shí),則輸則輸出出E=0,D=1,A=0(即

29、即A由由1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為0)同理同理E=0,C=0,B=1(即即B由由0翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為1) 此時(shí)此時(shí),SW1中中:N1導(dǎo)通導(dǎo)通,P1截截止止.SW2中中:P2導(dǎo)通導(dǎo)通,N2截截止止.CTVA=0B=12-3-3 2-3-3 電流控制型壓控振蕩器電流控制型壓控振蕩器n由于由于E門和門和C門具有相同的轉(zhuǎn)移電壓門具有相同的轉(zhuǎn)移電壓2ThV0212TThC VttTI放充振蕩周期振蕩周期04TThC VTI2-3-3 2-3-3 電流控制型壓控振蕩器電流控制型壓控振蕩器n振蕩頻率振蕩頻率n可見可見, 受受 控制控制,而而 受受 控制控制所以所以 與與 有關(guān)有關(guān).001416VTThTIIfTC VCVf0

30、I0I( )cV tVf( )cV t2-3-3 2-3-3 電流控制型壓控振蕩器電流控制型壓控振蕩器n如圖如圖2-32為單為單片集成電路的片集成電路的5G4046壓控壓控振蕩器具體電振蕩器具體電路圖路圖.nBG1,R1組成的電路將組成的電路將控制電壓控制電壓 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為恒流源恒流源 .n當(dāng)禁止輸入端為當(dāng)禁止輸入端為1時(shí)時(shí),BG4截止截止,電流源切電流源切斷斷,可使可使VCO停止工作停止工作.n當(dāng)當(dāng) 的導(dǎo)通電阻時(shí)的導(dǎo)通電阻時(shí) ( )cv t0I11RBG012( )2cGSDDThv tVVVIRR21RR2-3-3 2-3-3 電流控制型壓控振蕩器電流控制型壓控振蕩器(1)( )cThv

31、tVBG1截止截止0min22DDThVVIR維持壓控振蕩器的最低振蕩頻率(2)( )cDDv tV0max1212DDGSDDThDDGSVVVVVVIRRR21RR2-3-3 2-3-3 電流控制型壓控振蕩器電流控制型壓控振蕩器n一般情況下,振蕩頻率與控制電壓的關(guān)系為012( )2161616cGSDDThVTTTIv tVVVfCRCR C常數(shù)常數(shù)n如圖2-4, 可變程序分頻器位于VCO和鑒相器之間,其作用有兩個(gè):f0n1.將VCO的頻率調(diào)整到基準(zhǔn)信號(hào)fr的附近,以便在鑒相器中使VCO頻率f0經(jīng)N分頻后的比較信號(hào)fv與fr進(jìn)行比相,利用兩者的誤差信號(hào)再去改變VCO的頻率,當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí).V

32、CO的頻率f0=Nfr.n2.改變頻率合成器,即當(dāng)分頻比N改變時(shí), 也隨之變化,于是誤差信號(hào)將去改變VCO頻率,使VCO的頻率由原來的從而達(dá)到改變頻率合成器的工作頻率.0VffN011022rrfN ffN fn二.基本要求:n1.可變分頻的分頻數(shù)N一般而言,N越小,電路越簡(jiǎn)單;N越大,電路越復(fù)雜.n2.最高工作頻率在分頻比范圍內(nèi)的任意分頻比上所能達(dá)到的最高頻率.n3.功率消耗(功耗)n程序分頻器的功耗往往使是頻率合成器中耗電最大的部分,因此.降低功耗是必要的.n主要措施:簡(jiǎn)化邏輯電路. 減少高速邏輯電路的個(gè)數(shù) 采用CMOS電路n4.相位抖動(dòng)n由于噪聲的影響,每次轉(zhuǎn)換的時(shí)刻常發(fā)生變化,因而脈沖

33、通過觸發(fā)器或門電路以后,器邊沿(上升沿或下降沿)發(fā)生了抖動(dòng).n主要措施:提高脈沖邊沿的斜率 對(duì)輸出脈沖進(jìn)行選通n5.穩(wěn)定性和可靠性 n一.分頻比可變的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器n1.T216引腳功能及真值表nLD-預(yù)置指令輸入端(低電平有效)nCr-計(jì)數(shù)器置零輸入端(低電平有效)nCp-計(jì)數(shù)脈沖輸入端(上升沿有效)nPT-電路保持控制輸入端(低電平有效)計(jì)數(shù)時(shí)P=T=1CrQAQBQCQDOCnA,B,C,D-預(yù)置碼輸入端nQA, QB, QC, QD-計(jì)數(shù)器輸出端nOC -計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出端QD QC QB QA最低位最低位最高位最高位CrQAQBQCQDOCn例:九置定6-即計(jì)數(shù)器為“3”狀態(tài).n計(jì)數(shù)器處

34、于9狀態(tài)時(shí)(即1001狀態(tài)時(shí),進(jìn)位輸出端OC有一個(gè)進(jìn)位脈沖輸出).n9置定6從預(yù)置編碼表時(shí),可見,此時(shí)計(jì)數(shù)器處于“3”狀態(tài), QDQCQBQA=0011n即QD=QC=0, QB=QA=1n由此可見,“九置定法”計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為9-N狀態(tài).高位高位低位低位n所以, “九置定法”又稱“九置定N”n例:九置定6-即計(jì)數(shù)器預(yù)置為“3”狀態(tài).n(9-6=3)n二.九讀出法程序分頻器的工作原理(N為所需的分頻數(shù))n(1)分頻比N=6時(shí),則計(jì)數(shù)器預(yù)置處于3狀態(tài).(即0011狀態(tài))n(2)此時(shí)當(dāng)Cr=Cp=P=T=1Cp端輸入6個(gè)脈沖,則計(jì)數(shù)器變?yōu)?狀態(tài)(即1001),此時(shí),Oc由0-1,輸出一個(gè)QDQCQB

35、QAOcn(3)n當(dāng)Cp端再輸入一個(gè)脈沖時(shí),計(jì)數(shù)器再進(jìn)入0000狀態(tài)(0狀態(tài)), Oc由1-0,n當(dāng)Cp端再輸入九個(gè)脈沖(共10個(gè)脈沖),計(jì)數(shù)器又處于“9”狀態(tài),此時(shí)Oc由0-1, Oc又輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.n結(jié)論: 由此可見:T216計(jì)數(shù)器采用九置定N計(jì)數(shù)過程:先從預(yù)置狀態(tài)開始計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)到9狀態(tài)時(shí),輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖,以后再輸入一個(gè)脈沖時(shí),計(jì)數(shù)器才是0,然后再輸入9個(gè)脈沖(9狀態(tài)時(shí)),又輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.n即:實(shí)現(xiàn)先進(jìn)位后置零,先計(jì)滿預(yù)置數(shù),再按十進(jìn)制計(jì)數(shù).n例:九置定6(此時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為9-6=3)n先輸入6個(gè)脈沖-Oc輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.n以后是每輸入10個(gè)脈沖-Oc才輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖.n對(duì)

36、于九置定N中,9-N稱為補(bǔ)數(shù).n所以,九置定是以9的補(bǔ)數(shù)進(jìn)行預(yù)置定的.n2.九讀出法程序分頻器的工作原理nP73(圖2-34)n以三級(jí)T216組成的九讀出法程序分頻器進(jìn)行說明.n此程序分頻器的分頻可在000999之間任意改變,現(xiàn)在我們以分頻比為567為例進(jìn)行說明.個(gè)位計(jì)數(shù)個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T2165 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)n使LD=0,Cr=1,預(yù)置n按照九置定法,Y=9-N (N為所需的分頻數(shù))nY為預(yù)先放在計(jì)數(shù)器中的十進(jìn)制數(shù)(即計(jì)數(shù)器的狀態(tài))即補(bǔ)數(shù).n對(duì)于分頻比為567時(shí):n個(gè)位 C1: N=7,Y=9-N=9-7=2 即0 0 1 0

37、狀態(tài)n十位 C2: N=6,Y=9-6=9-3=3 即0 0 1 1狀態(tài)n百位 C3: N=5,Y=9-5=9-5=4 即0 1 0 0狀態(tài)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)QDQCQBQAn此預(yù)置數(shù)由預(yù)置輸入端輸入8421碼,經(jīng)譯碼送入C1,C2,C3中.n當(dāng)預(yù)置結(jié)束以后,使Cr=T=P=LD=1,即可開始計(jì)數(shù).5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)n計(jì)數(shù)脈沖由A端輸入(A中初始狀態(tài)為0010)(2)當(dāng)A端輸入7個(gè)脈沖后,C1呈100

38、1(9狀態(tài));即由原先的0010(2)狀態(tài)變?yōu)?001(9狀態(tài));vC1的Oc端為1,即為0-1;v當(dāng)A再輸入一個(gè)脈沖后,C1變?yōu)?000狀態(tài)(0狀態(tài)); C1的Oc端為1-0, 從而使M6輸出由0-1,產(chǎn)生一個(gè)正跳變 , 計(jì)數(shù)器C2加1(原先狀態(tài)為0011,加1后為0100);v此時(shí),C1輸入端A共輸入7+1=8個(gè)脈沖,以后計(jì)數(shù)器C1按固定的十進(jìn)制計(jì)數(shù).5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)個(gè)位計(jì)數(shù)個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216001010017M65 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)

39、位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)n如果A端(A中這時(shí)狀態(tài)為0000)(0狀態(tài))再輸入9個(gè)脈沖(即A端輸入8+9=17個(gè)脈沖),C1又呈1001(9狀態(tài)); 即由原先的0000(0)狀態(tài)變?yōu)?001(9狀態(tài));vC1的Oc端又由0-1v當(dāng)A再輸入一個(gè)脈沖后,C1又變?yōu)?000狀態(tài)(0狀態(tài)); C1的Oc端為1-0,經(jīng)M6使C2又輸入一個(gè)進(jìn)位脈沖;v此時(shí),C1輸入端A共輸入17+1=18個(gè)脈沖.v九讀出法是先進(jìn)位后計(jì)數(shù)!7 + 11+9+9C1計(jì)滿計(jì)滿7個(gè)個(gè)0010-1001再來一個(gè)脈沖再來一個(gè)脈沖C1:1001-0000C1向向C2輸出一個(gè)進(jìn)位輸出一個(gè)進(jìn)位10

40、個(gè)脈沖中是第一個(gè)個(gè)脈沖中是第一個(gè)脈沖向脈沖向C2進(jìn)位進(jìn)位,這就是這就是前面所說的前面所說的10105 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)n同理,當(dāng)A端共輸入7+1+5*10=58個(gè)脈沖時(shí),C2呈現(xiàn)1001(9狀態(tài));n實(shí)際上此時(shí)十位C2計(jì)數(shù)器輸入6個(gè)脈沖.當(dāng)A端再輸入10個(gè)脈沖, C2的Oc端為1-0,經(jīng)M7與或非門作用(M7輸出由0-1),使C3(百位計(jì)數(shù)器)輸入一個(gè)進(jìn)位脈沖,此時(shí),A端共輸入58+10=68個(gè)脈沖.個(gè)位計(jì)數(shù)個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216上面分析可見:百位C3計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)為9-5

41、=4狀態(tài)(0100),n當(dāng)A輸入68個(gè)脈沖后,C3由4狀態(tài)-5狀態(tài);n當(dāng)A端再送入400個(gè)脈沖時(shí),C3就變?yōu)?狀態(tài),C1,C2變?yōu)?狀態(tài),此時(shí)A端共送入400+68=468個(gè)脈沖;如果A端再送入90個(gè)脈沖時(shí),則C2,C3均為9狀態(tài),C1為0狀態(tài).5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)n如果A端再送入9個(gè)脈沖時(shí),則C1,C2,C3為9狀態(tài).n此時(shí),A端共送入468+90+9=567個(gè)脈沖.n!M4的輸入全為1,輸出B由1-0,輸出一個(gè)負(fù)脈沖.n此負(fù)跳變脈沖,由B點(diǎn)輸出,實(shí)現(xiàn)567分頻,作為分頻器的輸出信號(hào).5 6 7百

42、位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)個(gè)位計(jì)數(shù)個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216送至C1,C2,C3的LD和T端,使LD等于0,為分頻器實(shí)現(xiàn)重新預(yù)置作準(zhǔn)備.,以負(fù)跳變經(jīng)M5(T063)反相器,再打開“與或非”門M6,M7.n最后還要提一下:n預(yù)置過程必須在下一個(gè)循環(huán)開始之前的空隙時(shí)間內(nèi),由于這段時(shí)間的存在,使分頻器的最高工作頻率下降.5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)個(gè)位計(jì)數(shù)個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)T216對(duì)對(duì)“九讀出

43、法九讀出法”特點(diǎn)的總結(jié)特點(diǎn)的總結(jié)n計(jì)數(shù)器輸入7個(gè)脈沖后,C1呈現(xiàn)1001(9狀態(tài)),當(dāng)A再輸入一個(gè)脈沖后,C1變?yōu)?000狀態(tài),由其Oc端 經(jīng)M6向C2輸入一個(gè)進(jìn)位脈沖 , 以后C1按照十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù).n當(dāng)A輸入67個(gè)脈沖時(shí),C1,C2均為9狀態(tài),A端再輸入一個(gè)脈沖,則C1,C2均為0狀態(tài),同時(shí)向C3輸入一個(gè)進(jìn)位脈沖.對(duì)對(duì)“九讀出法九讀出法”特點(diǎn)的總結(jié)特點(diǎn)的總結(jié)n當(dāng)A端輸入567個(gè)脈沖后,C1C2C3均為9狀態(tài),M4的輸入全為1,使其輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖(1-0),實(shí)現(xiàn)567分頻.n因?yàn)锽點(diǎn)1-0,又加在C1C3的T,LD端為分頻器的重新預(yù)置做準(zhǔn)備n由此可見,輸入A端共計(jì)輸入567個(gè)脈沖時(shí),則

44、B端輸出一個(gè)負(fù)跳變脈沖 ,因而程序分頻器的分頻比為567.n三.提高可變程序分頻器速度的 .n采用提前一個(gè)脈沖進(jìn)行預(yù)置的程序分頻器如圖2-31 P75n其中C1C3均按照1248碼工作.n整個(gè)系統(tǒng)采用九讀出法,M1,M2為與或非門.M4,M5,M6為與非門.個(gè)位計(jì)數(shù)個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)M5M6M1M2M4三.nT1為JK觸發(fā)器,由脈沖的下降沿觸發(fā)工作.n程序分頻器系統(tǒng)是輸入計(jì)數(shù)脈沖的上升沿為計(jì)數(shù)工作的邊沿.其工作過程如下.5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)n1.首先對(duì)各個(gè)計(jì)數(shù)器預(yù)置在432狀態(tài)

45、(設(shè)分頻比還是567),即C1為0010狀態(tài),C2為0100狀態(tài).n2.當(dāng)計(jì)數(shù)循環(huán)開始時(shí),JK觸發(fā)器T1輸出為Q=1,總輸出B=0,C1C3再開始計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)器A端輸入第565個(gè)脈沖后,(此時(shí),包括預(yù)置數(shù)在內(nèi)總計(jì)數(shù)器為432+565=997個(gè)脈沖).此時(shí)C2,C3的QA=QD=1,均為高電平(即1001狀態(tài)).n此時(shí)C1的QA=QB=QC=1,即0111狀態(tài),于是與非門M4=0(全高應(yīng)低),迫使JK觸發(fā)器T1置0個(gè)位計(jì)數(shù)個(gè)位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)十位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)百位計(jì)數(shù)M5M6M1M2M41QAQBQC0n(迫使LD=T=0),發(fā)出預(yù)置定指令,這樣它比第566個(gè)脈沖提前半個(gè)周期送出預(yù)置定指令.5 6 7

46、百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)CPM6M4TQTQ566565567n3.當(dāng)?shù)?66個(gè)脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí),因預(yù)置定指令延遲到達(dá)C1C3的輸入端(圖中虛線所示)n在第565個(gè)脈沖未能使C1C3預(yù)置,同時(shí)M4輸出低電平(M4=0),使T1保持原狀態(tài),T1=0,Q=0,當(dāng)?shù)?67個(gè)脈沖到來時(shí)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)CPM6M4TQTQ566565567n它的前沿使計(jì)數(shù)器根據(jù)預(yù)置輸入碼進(jìn)行預(yù)置,同時(shí),使第567個(gè)脈沖前沿通過與非門

47、M6,反相觸發(fā)T1,使T1翻轉(zhuǎn),因而又提前半個(gè)周期撤離預(yù)置定指令,以保證下一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)順利進(jìn)行.5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位C3計(jì)計(jì)十位十位C2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位C1計(jì)計(jì)CPM6M4TQTQ566565567提前預(yù)置分頻器的特點(diǎn)n一.預(yù)置定指令提前兩個(gè)脈沖在第565個(gè)脈沖之后發(fā)出.n二.發(fā)出預(yù)置定指令,預(yù)置操作和撤離預(yù)置定指令在兩個(gè)周期內(nèi)完成,為預(yù)置整個(gè)過程爭(zhēng)取了時(shí)間,同時(shí)完成了同步的過程.所以有效的提高了程序分頻器的速度.n一.T217可逆可預(yù)置計(jì)數(shù)器n零讀出法程序分頻器由三個(gè)T217級(jí)聯(lián)而成,所以先介紹T217邏輯電路的組成及其工作原理.n1.T2

48、17引腳功能nLD-預(yù)置指令輸入端(低電平有效)nCr-計(jì)數(shù)器置零輸入端(高電平有效)nCp+-計(jì)數(shù)脈沖輸入端(上升沿有效)nCp- -計(jì)數(shù)脈沖輸入端(上升沿有效)QAQBQCQDCrOBOCnA,B,C,D-預(yù)置碼輸入端nQA, QB, QC, QD-計(jì)數(shù)器輸出端nOC -加法計(jì)數(shù)器輸出脈沖進(jìn)位端nOB -減法計(jì)數(shù)器借位脈沖輸出端QD QC QB QA最低位最低位最高位最高位QAQBQCQDCrOBOCn2.工作原理n(1)置零 先使置零端Cr=1,則Cr=0, 所以各觸發(fā)器RD2=0,T217為“0000”狀態(tài).n(2)預(yù)置 當(dāng)LD=0,則LD=1,此時(shí)若Cr=0, Cr=1,置零端不起作

49、用. 例如:實(shí)現(xiàn)6分頻,即N=6,則預(yù)置T217的狀態(tài)為“6”,即“0110”狀態(tài).即A=0,B=1,C=1,D=0. QAQBQCQDCrOBOCn(3)計(jì)數(shù) 零讀出法采用減法計(jì)數(shù)! 當(dāng)Cr=0,LD=1,CP-端輸入計(jì)數(shù)脈沖 此時(shí)計(jì)數(shù)器處于6狀態(tài),再計(jì)入6個(gè)脈沖,即達(dá)到滿量狀態(tài)(“0000”狀態(tài)),由OB輸出一個(gè)借位脈沖,以后計(jì)數(shù)器按十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù).n二.零讀出法程序分頻器n如圖2-38(P84)n1.邏輯電路組成n它由三個(gè)T217(W1,W2,W3)級(jí)聯(lián)而成,M1為與門,M2為與或非門,T1為JK觸發(fā)器,實(shí)現(xiàn)提前預(yù)置,此程序分頻器分頻比可在000999之間變化.5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)

50、十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)2.工作原理工作原理.現(xiàn)在仍以分頻比為現(xiàn)在仍以分頻比為567為例來說明其工作過程為例來說明其工作過程.n預(yù)置 計(jì)數(shù)開始前,各計(jì)數(shù)器按8421碼,將567直接預(yù)置到W1,W2,W3中.n個(gè)位 W1:0 1 1 1狀態(tài)(7狀態(tài))n十位 W2:0 1 1 0狀態(tài)(6狀態(tài))n百位 W3:0 1 0 1狀態(tài)(5狀態(tài))5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)QDQCQBQA 當(dāng)輸入A端進(jìn)入7個(gè)脈沖時(shí),W1變?yōu)椤?000”狀態(tài),由圖中可見,此時(shí),W1的QD=0. 當(dāng)A端再輸入一個(gè)脈沖時(shí),共輸入(7+1

51、+8個(gè)脈沖),W1為“ 001”狀態(tài),由QD 0-1, 此時(shí),W1已經(jīng)完成個(gè)位分頻比任務(wù),此時(shí),若T1的Q無反饋的預(yù)置指令,W1將作為固定的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行工作.5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)n如果A端(A中這時(shí)狀態(tài)為1001)(9狀態(tài))再輸入9個(gè)脈沖(即A端輸入7+1+9=17個(gè)脈沖),W1又呈0000(0狀態(tài));n如果A端再輸入50個(gè)脈沖(17+50=67),則W1,W2均為“0000”狀態(tài),此時(shí)符合OB與非門的選通條件,當(dāng)A端再輸入一個(gè)脈沖,W3計(jì)數(shù)器將減1,實(shí)現(xiàn)借位.W3(0101-0100). 5

52、6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)n當(dāng)當(dāng)A端再輸入端再輸入400個(gè)脈沖個(gè)脈沖(67+1+400=468),W3達(dá)到達(dá)到(0000狀態(tài)狀態(tài)),滿量讀出滿量讀出,而而W1,W2均為均為“1001”狀態(tài)狀態(tài).n當(dāng)當(dāng)A端再輸入端再輸入90個(gè)脈沖個(gè)脈沖(468+90=558),W3,W2均為均為(0000狀態(tài)狀態(tài))n當(dāng)當(dāng)A端再輸入端再輸入7個(gè)脈沖個(gè)脈沖(558+7=565),W1為為“0010”狀態(tài)狀態(tài),此時(shí)此時(shí)

53、M2觸發(fā)器的輸入全為觸發(fā)器的輸入全為0,輸出為輸出為1,為為T1翻轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件翻轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件.0-15675661n在第566個(gè)脈沖作用下,T1的Q=0(原先為1),發(fā)出預(yù)置定指令,在預(yù)置定期間,各計(jì)數(shù)器按所需的預(yù)置碼進(jìn)行預(yù)置,且在預(yù)置期間,計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù).5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)n在A端第567個(gè)脈沖到來時(shí),使T翻轉(zhuǎn)成Q=1,此時(shí),預(yù)置定指令撤銷,為下一此計(jì)數(shù)循環(huán)做好準(zhǔn)備.nT1端的負(fù)跳變脈沖作為分頻器的輸出信號(hào).5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5 6 7百位百位W3計(jì)計(jì)十位十位W

54、2計(jì)計(jì)個(gè)位個(gè)位W1計(jì)計(jì)5675661n3.主要特點(diǎn)n此程序分頻器利用8421碼直接進(jìn)行預(yù)置,不再需要預(yù)置譯碼,這樣便于和其他計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行直接連接.n便于接收機(jī)/發(fā)射機(jī)共用一個(gè)頻率合成器,在接收機(jī)接收信號(hào)時(shí),直接進(jìn)行加減中頻,可省掉復(fù)雜的譯碼電路.n采用減法計(jì)數(shù)邏輯,所以程序分頻器連接為減法計(jì)數(shù)器電路, 可直接進(jìn)行預(yù)置,與就讀出法相比,省掉了譯碼器和引導(dǎo)預(yù)置的與非門T216T217n滿量識(shí)別電路簡(jiǎn)單可靠,計(jì)數(shù)器可以任意多.滿量識(shí)別只有三根接線,所以便于簡(jiǎn)化制作印刷電路版的排線和工藝.n由于每一級(jí)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的內(nèi)部各個(gè)觸發(fā)器之間存在傳輸時(shí)延,使傳輸速率沒有達(dá)到理想的程度,一般程序分頻器的速度

55、通常只能達(dá)到單個(gè)觸發(fā)器的1/21/3,甚至更低.n預(yù)置操作在各可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行,預(yù)置時(shí)間較長(zhǎng).若各可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器需要相當(dāng)高的速度,就必須增加高速器件,而高速器件太多的話,又會(huì)增加成本和功耗.n為了提高預(yù)置速度,需要增加額外的識(shí)別和控制電路,這些電路通常必須采用高速器件.n可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,速度不容易提高,例如:T216和T217的計(jì)數(shù)頻率僅為n一.脈沖吞除原理n1.一般程序分頻器的工作過程的缺點(diǎn)是: 1先個(gè)位計(jì)數(shù),然后十/百/千位計(jì)數(shù)1計(jì)數(shù)時(shí),先計(jì)尾數(shù),尾數(shù)計(jì)完后,各可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器均為固定的10分頻器 1一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)完成后,再通過預(yù)置,以使得各可變程序分頻器再次獲得

56、關(guān)于尾數(shù)的信息.1由于計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)(串行),所以個(gè)位計(jì)數(shù)器需要采用高速脈沖,因而承受壓力最大.1每個(gè)循環(huán)后要進(jìn)行預(yù)置,計(jì)數(shù)過程分為先計(jì)尾數(shù)后再10計(jì)數(shù)階段,因而一般分頻器的工作頻率較低.n2.脈沖吞除原理n將個(gè)位與十位可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行并行聯(lián)接.n將個(gè)位可變十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方法進(jìn)行改造,將其計(jì)尾數(shù)和10這兩個(gè)任務(wù)結(jié)合起來進(jìn)行.W1 (Ns)W2W4 (Nw)01n前置分頻器有兩個(gè)分頻比(又稱:模式),n即10和11,其工作模式可由外來信號(hào)控制.n舉例:假定需要個(gè)位分頻比為4 新的方法是利用前置分頻器按照11模式工作4次,然后轉(zhuǎn)換為10模式工作,這樣前置分頻器經(jīng)過4次11,總共可計(jì)114=44

57、個(gè)脈沖,相當(dāng)于一般程序計(jì)數(shù)器4+410=44(先計(jì)尾數(shù)然后再10計(jì)數(shù))n由于個(gè)位計(jì)數(shù)器對(duì)前置分頻器吞除的脈沖數(shù)能夠進(jìn)行檢測(cè)和控制,故此種計(jì)數(shù)器又稱為吞食計(jì)數(shù)器.n采用吞除技術(shù)以后,只有工作在輸入最高頻率上,而個(gè)位吞食計(jì)數(shù)器和十/百/千位程序分頻器的工作頻率均比輸入頻率低10倍,故此分頻器的速度大大提高.n由于前置分頻器只有10和11兩種工作模式,所以改變分頻比的過程可以簡(jiǎn)化,只需要一個(gè)控制信號(hào),而且不必采用預(yù)置操作,故工作速度可以大大提高.二.如圖2-40所示的雙模程序分頻器,由 前置分頻器(10/11) 吞食計(jì)數(shù)器W1 十,百,千位程序計(jì)數(shù)器 W2,W3,W4 控制邏輯電路 W1 (Ns)W2W4 (Nw)01n1.