小數(shù)N分頻頻率合成器的原理和實現(xiàn)-

1、 成法,小數(shù)合成法。以小數(shù)合成法為基礎(chǔ)的小數(shù)分頻鎖相環(huán)(F-NPLL頻率合成器可以實現(xiàn)很高的頻率分辨率(10-6Hz甚至更高,其應(yīng)用最為廣泛。2.傳統(tǒng)F-NPLL頻率合器的原理傳統(tǒng)的F-NPLL頻率合器的結(jié)構(gòu)如圖1所示,它是由鑒相器(PD,低通濾波器(LPF,壓控振蕩器(VCO,雙模分頻器(÷N/N+1,累加器(P+Q組成。雙模分頻器的分頻模式受累加器控制。如果在P個周期內(nèi)對VCO的輸出頻率VCO進行N分頻,在Q個周期內(nèi)對VCO的輸出頻率VCO進行N+1分頻,并不斷在這兩種模式間循環(huán),當(dāng)環(huán)路鎖定后輸出頻率VCO和輸入基準頻率就滿足以下關(guān)系式:(1于是:(2這樣就得到了具有非整數(shù)值的頻

2、率分割,從而實現(xiàn)了在不改變基準頻率的條件下得到較小的頻率分辨率。在雙模分頻器進行N分頻時,分頻器輸出頻率為N=VCO/N=N+Q/(N+Q/N(3在雙模分頻器進行N+1分頻,分頻器的輸出頻率為N=V C O/N+1=小數(shù)N分頻頻率合成器的原理和實現(xiàn)王慶生曾兵吳軍成都理工大學(xué)應(yīng)用核技術(shù)及自動化工程學(xué)院6100591.引言在現(xiàn)代通信中為了充分利用頻率資源,每個信道所占帶寬必然受到限制,而各個信道間的間隔取決于頻率合成器的頻率分辨率。要提高鎖相環(huán)頻率合成器的頻率分辨率,勢必要降低基準頻率,其結(jié)果將減慢頻率轉(zhuǎn)換速度,這是一對矛盾。通常有三種解決這對矛盾的方法:微差混頻法,多環(huán)合N+Q/(N+Q/(N+

3、1(4所以在小數(shù)分頻過程中,雖然雙模分頻器輸出的平均頻率與參考頻率相等,但兩者的瞬時頻率可能不等,從而使得輸入到鑒相器的兩路信號之間存在相位差。相位誤差呈鋸齒狀,其周期為TMOD=TVCO(N+Q(5這會形成嚴重的小數(shù)雜散。利用-調(diào)制技術(shù)能很好地將其濾除。3.-調(diào)制技術(shù)在F-NPLL頻率合器中的應(yīng)用-調(diào)制技術(shù)來自高分辨率的A/D、D/A變換器中的過取樣-轉(zhuǎn)換技術(shù)。其工作原理為:在對信號進行過取樣后,噪聲功率譜幅度降低,并通過一個對輸入呈低通、對量化噪聲呈高通的噪聲整形器,將量化噪聲功率的絕大部分移到信號頻帶之外,從而可通過濾波有效地抑制噪聲。-A/D變換器是將輸入信號以較高的取樣頻率進行高速取

4、樣,而對每個取樣信號量化比特數(shù)較低,經(jīng)常使用1比特量化,這樣使-A/D變換器獲得了許多優(yōu)點,其原理框圖如圖2所示。其中減法器、積分器、量化器和D/A變換器組成反饋系統(tǒng),使得積分器的電壓趨于零,并使D/A轉(zhuǎn)換器的輸出逼近輸入值,所得數(shù)字輸出也逼近輸入信號。采用-調(diào)制技術(shù)的N分數(shù)頻率合成器如圖3所示。圖3采用-調(diào)制技術(shù)的N分數(shù)頻率合成器原理圖圖4ADF4252內(nèi)部小數(shù)分頻部分結(jié)構(gòu)原理圖圖1傳統(tǒng)的F-NPLL頻率合器的結(jié)構(gòu)圖圖2-A/D變換器原理框圖 兩倍額定頻率(100H Z 的電流。汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是隱極式結(jié)構(gòu),磁極和軸是一個整體,感應(yīng)電流頻率高(100HZ,集膚效應(yīng)大,使電流集中在表面很淺的薄

5、層內(nèi),這就增大了電流回路的電阻,加之這些電流不僅流過轉(zhuǎn)子的本體,還流過護環(huán)、槽契與齒,并流經(jīng)槽契和齒以及套箍的許多接觸面,這些地方電阻高,發(fā)熱尤為嚴重,可能產(chǎn)生局部高溫,破壞轉(zhuǎn)子部件的機械強度和繞組絕緣。因此,兩倍頻率電流引起轉(zhuǎn)子的發(fā)熱對汽輪發(fā)電機特別危險。 汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是個圓柱體,縱軸和橫軸的磁導(dǎo)相差不大,因此兩倍頻率電流在發(fā)電機中引起的機械振動較小,對機械強度危害性較小。而對于轉(zhuǎn)子是凸極式的水輪發(fā)電機由于轉(zhuǎn)子的直徑較大,縱軸和橫軸的磁導(dǎo)相差較大,所引起的振動較大,對機械強度有較大的危害性。3.2失磁異步運行允許負荷我國在1985年汽輪發(fā)電機失磁異步運行第二次技術(shù)討論會上提出了兩型主要機

6、組穩(wěn)定異步運行時的允許負荷及允許持續(xù)時間,即0.4Pn 時允許持續(xù)運行30min;0.5Pn 時允許持續(xù)運行15min。原在額定或接近額定有功功率運行的發(fā)電機,失磁后,從減少對系統(tǒng)和廠用電壓的影響,應(yīng)迅速采取措施減負荷,要求在30sec 內(nèi)將有功負荷降到上述允許負荷。我廠及兄弟單位汽輪發(fā)電機組失磁異步運行的允許負荷及允許持續(xù)時間見表4兩起失磁故障處理實例 1998年3月27日,西村熱電廠,#3機各表計激烈擺動,值班人員調(diào)整#3機相復(fù)勵及主磁場電阻無效,迅速將有功負荷有57MW 減至25MW,再減至13MW,將滅磁開關(guān)切閘,各表計恢復(fù)正常。18:49,#3機轉(zhuǎn)備勵運行,升壓加無功正常,事后分析為

7、#3機主勵磁機線圈因積塵引起短路所致。2002年5月15日,員村熱電廠,#2機進行勵磁通道轉(zhuǎn)換,#2機滅磁開關(guān)自動跳閘,無功負荷降至零下,有功負荷45MW,定子電壓10.5KV,定子電流頂表(頂表讀數(shù)5000A,額定電流4124A。運行人員立即將有功負荷減至25MW,定子電流降至2600A。13:28,將#2機滅磁開關(guān)合閘,將手動通道轉(zhuǎn)回自動通道,無功負荷自動升至20MVar,隨即聯(lián)系機爐將有功負荷加至50MW。事后分析為手動通道的0803插件有故障,屬于重大設(shè)備隱患。兩起故障都具有失磁故障的特征:無功反向。值班人員按規(guī)定迅速降低有功負荷,機組進入失磁異步運行狀態(tài),在消除失磁原因后,恢復(fù)勵磁(

8、啟動備用勵磁機、手度與基準頻率相當(dāng)。4.ADF4252ADF4252是美國AD 公司生產(chǎn)的帶有1.2GHz 中頻(IF合成器和3GHz 射頻(RF合成器的雙分數(shù)-N鎖相環(huán)集成芯片。其內(nèi)部集成有一個小數(shù)分頻器和一個整數(shù)分頻器。其中小數(shù)分頻部分由低噪聲鑒相器,輸出電流可控的精確電荷泵,可編程的R 分頻器,可編程的分數(shù)-N 分頻器等部件組成,對芯片內(nèi)部所有的控制及編程都是通過三串行總線來完成的,如圖4所示。該芯片中的分數(shù)分器采用的就是-調(diào)制技術(shù),其內(nèi)部組成框圖如圖5所示。其中:N=INT+FRAC/MOD(6INT,FRAC 以及MOD 的值均可通過對芯片內(nèi)部相應(yīng)寄存器的設(shè)置得到。若選擇合適頻段的壓控振蕩器,設(shè)計合理的環(huán)路濾波器,再加上相應(yīng)的控制電路,即可構(gòu)成F-NPLL 頻率合成器。利用單片機通過三串行總線便可控制芯片得到精確的不同頻率值。低通濾波器的設(shè)計可利用軟件A