基于鎖相環(huán)的頻率合成器的設(shè)計

1、基于鎖相環(huán)的頻率合成器的設(shè)計隨著現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)展，具有高穩(wěn)定性和精確度的頻率源已經(jīng)成為通信、雷達(dá)、儀器儀表、高速計算機(jī)及導(dǎo)航系統(tǒng)的主要組成部分。高性能的頻率源可通過頻率合成技術(shù)獲得。隨著大規(guī)模的進(jìn)展，鎖相式頻率合成技術(shù)占有越來越重要的地位。由一個或幾個高穩(wěn)定度、高精確度的參考頻率源通過數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)可獲得高品質(zhì)的離散頻率源。1 鎖相環(huán)頻率合成器的原理1.1 鎖相環(huán)原理鎖相環(huán)(pll)是構(gòu)成頻率合成器的核心部件。主要由相位(pd)、壓控(vco)、環(huán)路(lp)和參考頻率源組成。鎖相環(huán)是一種利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號反饋控制。他的被控制量是相位，被控對象是壓控振蕩器。1所示，假

2、如鎖相環(huán)路中壓控振蕩器的輸出信號頻率發(fā)生變幻，則輸入到相位比較器的信號相位v(t)和r(t)必定會不同，使相位比較器輸出一個與相位誤差成比例的誤差vd(t)，經(jīng)環(huán)路濾波器輸出一個緩慢變幻的直流電壓vc(t)，來控制壓控振蕩器輸出信號的相位，使輸入和輸出相位差減小，直到兩信號之間的相位差等于常數(shù)。此時，壓控振蕩器的輸出信號頻率和輸入信號頻率相等，且環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。1.2 鎖相環(huán)頻率合成器原理2所示，鎖相環(huán)頻率合成器是由參考頻率源、參考分頻器、相位比較器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、可變分頻器構(gòu)成。參考分頻器對參考頻率源舉行分頻，輸出信號作為相位比較器參考信號。可變分頻器對壓控振蕩器的輸出信號舉行分

3、頻，分頻之后返回到相位比較器輸入端與參考信號舉行比較。當(dāng)環(huán)路處于鎖定時有f1=f2，由于f1=fr/m，f2=fo/n，所以有fo=nfr/m。只要轉(zhuǎn)變可變分頻器的分頻系數(shù)n，就可以輸出不同頻率的信號。2 基于cd4046的鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計2.1 集成鎖相環(huán)cd4046介紹單片集成鎖相環(huán)cd4046采納電路工藝，特點(diǎn)是電源電壓范圍寬(318 v)，輸入阻抗高(約100 m)，動態(tài)功耗小。在電源電壓vdd=15 v時最高頻率可達(dá)1.2 mhz，常用在中、低頻段。cd4046內(nèi)部集成了相位比較器、相位比較器、壓控振蕩器以及線性、源尾隨器、整形電路等。相位比較器采納異或門結(jié)構(gòu)，用法時要求輸入信

4、號占空比為50。當(dāng)兩路輸入信號的凹凸電平相異時，輸出信號為高電平，反之，輸出信號為低電平。相位比較器的捕獲能力和濾波器有關(guān)，挑選合適的濾波器可以得到較寬的捕獲范圍。相位比較器由一個信號的升高沿控制，他對輸入信號的占空比要求不高，允許輸入非對稱波形，具有很寬的捕獲范圍。相位比較器的輸出和兩路輸入信號的頻率凹凸有關(guān)，當(dāng)14腳的輸入信號比3腳的比較信號頻率低時，輸出為規(guī)律"0"，反之則輸出規(guī)律"1"。假如兩信號的頻率相同而相位不同，當(dāng)輸人信號的相位滯后于比較信號時，相位比較器輸出的為正脈沖，當(dāng)相位超前時則輸出為負(fù)脈沖。而當(dāng)兩個輸入脈沖的頻率和相位均相同時，相位

5、比較器的輸出為高阻態(tài)。壓控振蕩器需要外接r1，r2和c1。r1，c1是充放電元件，電阻r2起到頻率補(bǔ)償作用。vco的振蕩頻率不僅和r1，r2以及c1的取值有關(guān)，還和電源電壓有關(guān)，電源電壓越高振蕩頻率越高。cd4046引腳和外圍3所示。2.2 設(shè)計實(shí)例本設(shè)計中參考頻率源選用coms石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生2 mhz的矩形脈沖信號，電路4所示?？勺兎诸l器由集成四位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器74ls161來完成。這里采納4片74ls161通過預(yù)置數(shù)的辦法來實(shí)現(xiàn)可變分頻。為提高工作速度可采納圖5所示接法。利用同步計劃最高可實(shí)現(xiàn)65 536分頻。預(yù)制值=65 536-n。經(jīng)過可變分頻后獲得的信號是窄脈沖信號，在輸出端可利用74ls74對該信號舉行二分頻，以便獲得方波信號，從而滿足相位比較器i的占空比的要求。此時實(shí)際分頻系數(shù)變?yōu)?n。參考分頻器與可變分頻器采納同樣的電路，目的在于通過設(shè)置不同的分頻系數(shù)m，以實(shí)現(xiàn)不同的頻率間隔的需求。本設(shè)計選取無源比例積分濾波器作為環(huán)路濾波器，其時光常數(shù)r=(r3+r4)c2。電路6所示。2.3 電路的調(diào)試在調(diào)試的過程中需注重r1，r2，c1的選取，選取不同的r1，r2，c1并合理設(shè)置可變分頻系數(shù)n，就可獲得不同頻率范圍的輸出信號，同時按照所需狀況注重選取合適的濾波器，設(shè)置不同的前置分頻系數(shù)即可轉(zhuǎn)變頻率間隔。3 結(jié) 語該電路因為頻率范圍和頻率間隔