頻率合成器及應(yīng)用

1、 摘 要隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)頻率源的要求越來(lái)越高,頻率合成技術(shù)也跟著不斷發(fā)展, 本文介紹了直接頻率合成技術(shù)、間接頻率合成技術(shù)和直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的基本原理以及用來(lái)進(jìn)行頻率合成的幾種方法,根據(jù)各種方法的特點(diǎn)討論了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn).重點(diǎn)討論了作為第三代頻率合成技術(shù)(直接數(shù)字頻率合成技術(shù))的基本原理和誤差分析,并結(jié)合其他頻率合成技術(shù),設(shè)計(jì)了一種高精度、高穩(wěn)定度、高分辨率頻率合成器.根據(jù)所提出的技術(shù)要求,采用直接數(shù)字頻率合成芯片作為核心芯片完成了硬件設(shè)計(jì).直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)用于產(chǎn)生和調(diào)節(jié)高質(zhì)量波形，廣泛用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、儀器儀表、通信、國(guó)防等眾多領(lǐng)域。 本文主要從五個(gè)方面介紹了頻

2、率合成器及應(yīng)用。首先講述了頻率合成器的研究背景和研究現(xiàn)狀；其次介紹了頻率合成技術(shù)的一些基本概念、分類、主要指標(biāo)、基本方法以及長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度和相位噪聲；接著介紹了直接頻率合成技術(shù)的原理和組成以及幾個(gè)主要的組成電路；再次介紹了間接頻率合成技術(shù)的基本組成和工作原理以及鎖相環(huán)路的相位模型和動(dòng)態(tài)方程；最后介紹了直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的基本原理、它的相位噪聲和雜散以及它的一些芯片及其在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：頻率合成技術(shù)、IS、DDS、PLLABSTRACT Along with the development of electrical and electronic technology, Peop

3、le to demand more and more frequency source,the synthetic technology of frequencywith continuous development.This paper introduces the direct frequency synthesis technology, Indirect frequency synthesis technology and direct digital frequency synthesis technology used for the basic principle and the

4、 synthesis methods offrequency, according to the characteristics of various methods discussed theirrespective advantages and disadvantages.A discussion on the third generation frequency as synthesis technology (direct digital frequency synthesis technology) the basic principle and the error analysis

5、, and in combination with other frequency synthesis technology, design a kind of high precision, high stability, high resolution frequency synthesizer.According to the proposed technique requirements, use direct digital frequency synthesis chip as core chip completed the hardware design. Direct digi

6、tal frequency synthesis (DDS) technology is used to produce and adjust the high quality waveform, widely used in medicine, industrial, instrument and apparatus, communication, national defense, etc. This paper mainly introduced from five aspects frequency synthesizer and application. First of all ab

7、out frequency synthesizer background and the present situation of the research; Secondly introduces the synthesis technology of frequency some basic concept, classification, main index, the basic method and long-term frequency stability and phase noise; Then it introduces the principle of direct fre

8、quency synthesis technology and composition and several major component circuit; Again the indirect frequency synthesis technology introduced the basic composition and working principle and phase lock loop of the phase of the model and the dynamic equation; At last, the paper introduces the direct d

9、igital frequency synthesis technology, the basic principle of its phase noise and stray and some of its chip and its application in railway signal system.Key word: Frequency synthesis technology, IS, DDS, PLL目 錄第1章 緒 論11.1 頻率合成器的研究背景11.2頻率合成器的研究現(xiàn)狀1第2章 頻率合成技術(shù)32.1頻率合成技術(shù)概述32.2頻率合成器的主要指標(biāo)32.3頻率合成的基本方法52.

10、4頻率合成器的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度和相位噪聲62.4.1長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度62.4.2 相位噪聲62.4.3噪聲來(lái)源7第3章 直接頻率合成（DS）技術(shù)83.1 直接頻率合成器的基本原理和組成83.2直接頻率合成器的幾個(gè)主要組成電路93.2.1混頻器93.2.2倍頻器113.2.3分頻器133.2.4壓控振蕩器143.2.5石英晶體振蕩器15第4章 間接頻率合成(IS)技術(shù)鎖相頻率合成技術(shù)174.1 鎖相環(huán)路的基本組成和工作原理174.1.1 鎖相環(huán)路的基本組成174.1.2鎖相環(huán)的基本原理184.2鎖相環(huán)路的相位模型及動(dòng)態(tài)方程20鎖相基本方程和相位模型（時(shí)域）204.2.2鎖相基本方程和相位模型（復(fù)頻域

11、）204.2.3鎖相環(huán)路的工作狀態(tài)21第5章 直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)245.1 直接數(shù)字頻率合成的基本原理245.1.1 DDS技術(shù)與傳統(tǒng)的頻率合成相比有如下優(yōu)點(diǎn)255.1.2 DDS組成及其特點(diǎn)275.2 直接數(shù)字頻率合成的相位噪聲和雜散285.2.1 直接數(shù)字頻率合成的相位噪聲285.2.2 直接數(shù)字頻率合成的雜散分析285.2.3 降低雜散電平的方法295.3 集成直接數(shù)字頻率合成器的芯片介紹和應(yīng)用325.3.1集成直接數(shù)字頻率合成器的芯片介紹325.3.2 DDS直接數(shù)字頻率合成技術(shù)在鐵路信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用33結(jié) 束 語(yǔ)36致 謝37參 考 文 獻(xiàn)38第1章 緒 論1.1 頻率合

12、成器的研究背景 頻率合成（頻率綜合）是指由一個(gè)或多個(gè)頻率穩(wěn)定度和精確度很高的參考信號(hào)源通過(guò)頻率域的線性運(yùn)算，產(chǎn)生具有同樣穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)頻率合成的電路叫頻率合成器，頻率合成器是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分。在通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等設(shè)備中，頻率合成器既是發(fā)射機(jī)的激勵(lì)信號(hào)源，又是接收機(jī)的本地振蕩器；在電子對(duì)抗設(shè)備中，它可以作為干擾信號(hào)發(fā)生器；在測(cè)試設(shè)備中，可作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源，因此頻率合成器被人們稱為許多電子系統(tǒng)的“心臟”。頻率源是雷達(dá)、通信、電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵部分，許多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能的實(shí)現(xiàn)，都直接依賴于所用的頻率源的性能，因此，頻率源被人們喻為是眾多電子系統(tǒng)

13、的“心臟”，而當(dāng)今高性能的頻率源都是通過(guò)頻率合成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。頻率合成技術(shù)大約出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，最初產(chǎn)生并進(jìn)入實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的是直接頻率合成技術(shù)，它具有頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、近載頻相位噪聲性能好等優(yōu)點(diǎn)，但是，由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，直接式頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本高，而且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。到60年代末70年代初，相位反饋理論和模擬鎖相技術(shù)在頻率合成領(lǐng)域里的應(yīng)用，引發(fā)了頻率合成技術(shù)發(fā)展史上的一次革命，相參鎖相式合成技術(shù)就是這場(chǎng)革命的直接產(chǎn)物。隨后數(shù)字化的鎖相環(huán)路器件，如數(shù)字鑒相器、數(shù)字可編程分頻器等器件的出現(xiàn)，以及其在鎖相頻率合成技術(shù)中的應(yīng)用，標(biāo)

14、志著數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。由于不斷吸收和利用脈沖計(jì)數(shù)器、小數(shù)分頻器、多模分頻器等數(shù)字技術(shù)發(fā)展的新成果，數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)日益成熟，鎖相式頻率合成器具有良好的窄帶跟蹤特性，可以很好的選擇所需頻率的信號(hào)，抑制雜散分量，并且可避免使用大量濾波器，十分有利于集成化和小型化。此外，還具有良好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度和短期頻率穩(wěn)定度。但是，由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，使得頻率鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，故鎖相式頻率合成器的頻率捷變時(shí)間較長(zhǎng)。目前，鎖相環(huán)頻率合成器在各電子領(lǐng)域中獲得較為廣泛的應(yīng)用。1.2頻率合成器的研究現(xiàn)狀頻率合成技術(shù)是現(xiàn)代雷達(dá)，通信等電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)包括模擬直接

15、式頻率合成和間接式頻率合成。近幾年來(lái)隨著大規(guī)模集成電路和高速數(shù)字電路技術(shù)的日益成熟，以全數(shù)字結(jié)構(gòu)為特征的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)得到了迅速發(fā)展，從而引發(fā)了頻率合成領(lǐng)域的一次革命。它突破了傳統(tǒng)頻率合成器的諸多局限，具有相對(duì)帶寬很寬，頻率分辨率很高，頻率捷變速度快，頻率變換時(shí)輸出信號(hào)相位保持連續(xù)和全球集成化等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)是由于DDS的全數(shù)字結(jié)構(gòu)所賦予的，但也正是這種全數(shù)字結(jié)構(gòu)造成了DDS的主要缺陷，即輸出相位噪聲和雜散電平高。第2章 頻率合成技術(shù)2.1頻率合成技術(shù)概述頻率合成器是利用一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)各種技術(shù)途徑產(chǎn)生大量離散頻率信號(hào)的設(shè)備。直接數(shù)字式頻率合成（DDS）技術(shù)的出現(xiàn)，導(dǎo)致了頻率合成

16、領(lǐng)域的第二次革命。1971年J.Tierney、C.M.Rader和B.Goid在A Digital Frequency Synthesizer 一文中發(fā)表了關(guān)于新型數(shù)字頻率合成的研究成果，第一次提出了具有工程實(shí)現(xiàn)可能和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的直接數(shù)字頻率合成的概念。盡管當(dāng)時(shí)該項(xiàng)技術(shù)未能立即得以普遍的重視，但是隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，DDS逐漸充分體現(xiàn)出其具有相對(duì)帶寬很寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短、頻率分辨力很高、輸出相位連續(xù)、可以輸出寬帶正交信號(hào)、任意波形輸出能力、數(shù)字調(diào)制功能、可編程，以及全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便與集成等優(yōu)越性能。DDS的缺點(diǎn)是工作頻帶的限制和雜散抑制差。 近年來(lái)，隨著單片鎖相式頻率合成器

17、等芯片的發(fā)展，鎖相式、直接數(shù)字式，以及直接數(shù)字頻率合成器（DDS）和鎖相環(huán)（PLL）相結(jié)合所構(gòu)成的頻率合成器，以其容易實(shí)現(xiàn)系列化、小型化、模塊化、工程化和其優(yōu)越的性能已逐步成為三中最為典型、用處最為廣泛的頻率合成器。更寬的工作頻帶、更精確的頻率分辨力、更低的相位噪聲和寄生特性、更寬的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間，以及減小體積、降低功耗是對(duì)現(xiàn)代頻率合成器提出的越來(lái)越嚴(yán)重的要求。DDS+PLL混合式頻率合成技術(shù)將DDS的高頻率分辨力和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間特性與鎖相環(huán)路的輸出頻率高、寄生噪聲和雜波低的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，以盡可能全面的滿足各種系統(tǒng)對(duì)頻率源苛刻的要求。目前，開(kāi)發(fā)應(yīng)用最為廣泛的一種方法，是采用DDS技術(shù)、變頻技術(shù)和鎖

18、相環(huán)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能的頻率合成器。近年來(lái)，隨著通信、雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)相位噪聲的要求越來(lái)越高。DDS與PLL相結(jié)合所構(gòu)成的頻率合成器，以其優(yōu)越的相位穩(wěn)定性和極低的顫噪效應(yīng)，成為比較理想的頻率源。2.2頻率合成器的主要指標(biāo) 為了正確理解、使用與設(shè)計(jì)頻率合成器，首先應(yīng)對(duì)它的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了解。頻率合成器的使用場(chǎng)所不同，對(duì)它的要求也不全相同。大體說(shuō)來(lái)，有如下幾項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)：頻率范圍、頻率間隔、頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度、頻率純度（雜散輸出和相位噪聲）、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間等等。合成器的體積、重量、功耗與成本等，就是由這些指標(biāo)決定的。 （1）頻率范圍 這是指頻率合成器的工作頻率范圍，視用途而定，有短波、超短波微波

19、等頻段。一般包括合成器輸出信號(hào)的中心頻率fo及帶寬B。 （2）頻率間隔 頻率合成器的輸出頻譜是不連續(xù)的。兩個(gè)相鄰頻率之間的最小間隔，就是頻率間隔。頻率間隔又稱為分辨力。不同用途的頻率合成器對(duì)頻率分辨力有不同的要求。有的可以達(dá)到 MHz 的分辨力，有的可達(dá)到kHz 級(jí)的分辨力，有的則需要達(dá)到Hz 甚至是 mHz 級(jí)的分辨力。 （3）頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度 頻率穩(wěn)定度是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，合成器輸出頻率變化的大小。頻率準(zhǔn)確度是指頻率合成器的實(shí)際輸出頻率偏離標(biāo)稱工作頻率的程度。 頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度之間有區(qū)別又有聯(lián)系，只有穩(wěn)定才能保證準(zhǔn)確。因此，常將工作頻率相對(duì)于標(biāo)稱值的偏差也計(jì)入在不穩(wěn)定偏差之內(nèi)，因此

20、，只需考慮頻率穩(wěn)定度即可。頻率穩(wěn)定度從時(shí)域角度分為長(zhǎng)期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度和瞬時(shí)穩(wěn)定度。其中，長(zhǎng)期穩(wěn)定度是指在年、月等長(zhǎng)期時(shí)間內(nèi)頻率的變化，頻率的漂移主要是有石英晶體振蕩器老化引起的，屬于確定性的變化。短期穩(wěn)定性是指日、小時(shí)內(nèi)的頻率變化。這種頻率的變化實(shí)際上是晶振老化漂移和頻率的隨機(jī)起伏引起的。瞬時(shí)穩(wěn)定度是秒，甚至是毫秒時(shí)間內(nèi)頻率的漂移。這個(gè)漂移是隨機(jī)的，主要由噪聲和干擾引起的。 （4）頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率合成器從一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻率，并且達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間稱之為頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間。在雷達(dá)、通信，以及電子對(duì)抗等許多領(lǐng)域，對(duì)頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間往往提出了嚴(yán)格甚至苛刻的要求，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間有時(shí)要達(dá)到u

21、s數(shù)量級(jí)。 在各種頻率合成方法當(dāng)中，直接合成與直接數(shù)字頻率合成的轉(zhuǎn)換時(shí)間是極短的。對(duì)于鎖相頻率合成器而言，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間就是環(huán)路的鎖定時(shí)間，其數(shù)值大約為參考時(shí)鐘周期的25倍。 （5）頻率純度頻譜純度是指合成器信號(hào)源輸出頻譜偏離純正弦波譜的量度。影響信號(hào)源頻譜純度的因素較多，主要包括：相位噪聲。AM噪聲。非諧波相關(guān)雜散邊帶（雜散）。諧波相關(guān)帶。有源器件產(chǎn)生的閃爍噪聲。分頻器的噪聲。倍頻器的噪聲。 上述影響頻譜純度的7個(gè)因素中，其主要作用的是相位噪聲和雜散，因此，在以后討論頻率穩(wěn)定度和頻譜純度時(shí)主要考慮這兩個(gè)指標(biāo)。 （6）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的可實(shí)現(xiàn)性。任何單只頻率合成器不可能包含所有頻段，因此有

22、系列化要求。另外，在實(shí)現(xiàn)不同頻率合成器時(shí)，還要考慮所有模塊的通用性（在轉(zhuǎn)換頻段工作時(shí)，需要換模塊的品種越少越好）和互換性。 （7）成本、體積及質(zhì)量。2.3頻率合成的基本方法 頻率合成法基本上可分為直接合成法和間接合成法。而在具體實(shí)現(xiàn)中又可劃分為三種，即通常所知的直接模擬頻率合法、間接鎖相式合成法、直接數(shù)字頻率合成法。對(duì)于這三種方法的比較如下。 （1）直接模擬頻率合成技術(shù)：直接模擬合成利用倍頻(乘)、分頻(除)、混頻(加減)和濾波技術(shù)，所需的頻率是從一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定度和精確度的參考頻率源產(chǎn)生。它的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，載頻相位好等。缺點(diǎn)是該方法采用了大量的分頻、混頻、倍頻和濾波等模擬元件導(dǎo)致了硬

23、件電路體積大、功耗大且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，元件差難以抑制的非線性影響，所以合成的正弦波的幅度、相位等參數(shù)難以控制。 （2）間接鎖相式（PLL）頻率合成技術(shù)：該技術(shù)能夠很好選擇頻率、抑制雜散分量，而且頻率的穩(wěn)定性很好。但是，由于鎖相環(huán)有惰性，該技術(shù)中頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間和頻率分辨率難找到平衡點(diǎn)，因而該技術(shù)一般用于步進(jìn)較大的頻率合成中。 （3）直接數(shù)字頻率合成法：即DDS技術(shù)，該技術(shù)采用數(shù)字化技術(shù)，引入“相位”的概念，是通過(guò)控制相位的變化速度來(lái)直接產(chǎn)生各種頻率的信號(hào)。DDS具有可編程、相位可控、頻率轉(zhuǎn)換快、分辨率高、頻譜純度高、頻率輸出范圍寬、生成的正弦余弦信號(hào)正交特性好等優(yōu)良性能，所以在現(xiàn)代頻率合成

24、領(lǐng)域中地位日益重要。而且DDS是全數(shù)字化結(jié)構(gòu)，易于集成、功耗低、體積小、重量輕、易于程序控制、靈便實(shí)用，性價(jià)比很高，故應(yīng)用廣泛。2.4頻率合成器的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度和相位噪聲長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度a頻率穩(wěn)定度發(fā)信機(jī)的每個(gè)波道都有一個(gè)標(biāo)稱的射頻中心工作頻率，用f0表示。工作頻率的穩(wěn)定度取決于發(fā)信本振源的頻率穩(wěn)定度。設(shè)實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱工作頻率的最大偏差值為f，則頻率穩(wěn)定度的定義為頻率穩(wěn)定度式中為K為頻率穩(wěn)定度。 K=f/ f0 式(2.1) 一般頻率穩(wěn)定度可以取 110-5210-5左右。目前較好的介質(zhì)穩(wěn)頻振蕩器可達(dá)到110-5210-5左右。當(dāng)對(duì)頻率穩(wěn)定度有嚴(yán)格要求時(shí)，例如，要求 110-65

25、10-6時(shí)，則必須采用石英晶體控制的分頻鎖相或脈沖鎖相振蕩源。 收信設(shè)備頻率穩(wěn)定度應(yīng)和發(fā)信設(shè)備具有相同的指標(biāo)，通常為110-5210-5，高性能發(fā)信機(jī)可達(dá) 110-6510-6。收信本振和發(fā)信本振常采用同一方案，用兩個(gè)相互獨(dú)立的振蕩器，在有些中繼設(shè)備里，收信本振功率是發(fā)信本振功率取出一部分進(jìn)行移頻得到的，收信與發(fā)信本振頻率間隔約300MHz 左右。這種方案的好處是收信與發(fā)信本振頻率必是同方向漂移，因此用于中頻轉(zhuǎn)接站時(shí)，可以適當(dāng)降低對(duì)振蕩器頻率穩(wěn)定度的要求。 頻率穩(wěn)定度標(biāo)識(shí)了數(shù)傳電臺(tái)工作頻率的穩(wěn)定程度。單位為ppm（part per million百萬(wàn)分比）。通常的頻率穩(wěn)數(shù)傳電臺(tái)定度應(yīng)在：1.5

26、ppm左右。 2.4.2 相位噪聲 相位噪聲作為頻率合成器的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，其性能好壞直接影響了電子系統(tǒng)的性能。用這種信號(hào)不論做發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，還是接收機(jī)本振信號(hào)以及各種頻率基準(zhǔn)時(shí)，這些相位噪聲將在解調(diào)過(guò)程中都會(huì)和信號(hào)一樣出現(xiàn)在解調(diào)終端，引起基帶信噪比下降，影響電子系統(tǒng)目標(biāo)的分辨能力，即改善因子。接收機(jī)本振的相位噪聲，當(dāng)遇到強(qiáng)干擾信號(hào)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“倒混頻”使接收機(jī)有效噪聲系數(shù)增加。所以隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)頻率合成器的相位噪聲要求就越來(lái)越高，因此研究低相位噪聲、高可靠性頻率合成器成為系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。(1)相位噪聲概述相位噪聲，就是指在系統(tǒng)內(nèi)各種噪聲作用下所表現(xiàn)的相位隨機(jī)起伏，相位的隨機(jī)起伏必

27、然引起頻率隨機(jī)起伏，這種起伏速度較快，所以又稱之為短期頻率穩(wěn)定度。理想情況下，合成器的輸出信號(hào)在頻域中為一根單一的譜線，而實(shí)際上任何信號(hào)的頻譜都不可能絕對(duì)純凈，總會(huì)受到噪聲的調(diào)制產(chǎn)生調(diào)制邊帶。由于相位噪聲的存在，使波形發(fā)生畸變。在頻域中其輸出信號(hào)的譜線就不再是一條單根的譜線，而是以調(diào)制邊帶的形式連續(xù)地分布在載波的兩邊，在主譜兩邊出現(xiàn)了一些附加的頻譜，從而導(dǎo)致頻譜的擴(kuò)展，相位噪聲的邊帶是雙邊的，是以f0為中心對(duì)稱的，但為了研究方便，一般只取一個(gè)邊帶。其定義為偏離載頻1 Hz帶寬內(nèi)單邊帶相位噪聲的功率與載頻信號(hào)功率之比，它是偏離載頻的復(fù)氏頻率fm的函數(shù)，記為(fm)，單位為dBcHz，即 (fm)

28、=10lg PSSB /PO 式(2.2)式(2.2)中，PSSB為偏離載頻fm處，1 Hz帶寬內(nèi)單邊帶相位噪聲功率；Po為載波信號(hào)功率。(2)頻率合成器中的噪聲特性分析在頻率合成器中，噪聲的來(lái)源是多方面的，既有外部噪聲，也有電子電路的內(nèi)部噪聲，一般只考慮隨機(jī)噪聲的影響。 噪聲來(lái)源 微波管的相位噪聲在其誕生之初就為人們所注意，但在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都沒(méi)有很清晰的闡釋，不過(guò)大多數(shù)研究都認(rèn)為與電子束的脈動(dòng)起伏有關(guān)。離子噪聲的重要特點(diǎn)是頻率很低，一般在幾兆赫茲，有時(shí)可達(dá)到低聲頻以至超低聲，這樣低的頻率是無(wú)法由微波諧振電路產(chǎn)生的，也遠(yuǎn)低于管子內(nèi)的任何等離子體振蕩頻率，近似于張馳振蕩。 具體的物理過(guò)程大致如下：

29、電子束由于非平衡的布里淵聚焦而產(chǎn)生了沿軸向的脈動(dòng)，由于空間電荷效應(yīng)，在軸線產(chǎn)生了靜電勢(shì)。由電子束碰撞產(chǎn)生的正離子被俘獲在勢(shì)阱中，當(dāng)填充到一定程度，電子束聚焦?fàn)顩r會(huì)發(fā)生變化，勢(shì)阱向陰極移動(dòng)，離子隨之被釋放，打在陰極上，這一過(guò)程周期性地反復(fù)進(jìn)行。在離子被俘獲、逃逸、再俘獲的過(guò)程中，沿軸線靜電勢(shì)阱要相應(yīng)發(fā)生變化，使電子束的軸向速度改變，再與高頻場(chǎng)相互作用，形成輸出信號(hào)的噪聲。 速調(diào)管與行波管作為大功率微波真空器件，廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、遙感等領(lǐng)域。但是和所有真空器件一樣，管子不可能處于絕對(duì)的真空中，總是帶有少量的殘余氣體。電子束碰撞電離這些背景氣體，會(huì)產(chǎn)生正離子，其空間電荷效應(yīng)會(huì)改變電子束

30、的狀態(tài)，進(jìn)而影響到電子束與波的互作用，使信號(hào)產(chǎn)生振幅與相位(特別是相位)的周期性擾動(dòng)，這種擾動(dòng)被稱為離子噪聲，有時(shí)也稱為相位噪聲。 第3章 直接頻率合成（DS）技術(shù) 直接頻率合成方法是最早出現(xiàn)的頻率合成方法，也是最為經(jīng)典的混頻窗口頻率合成技術(shù)。該方法是指利用一個(gè)或多個(gè)高溫定高頻譜純度的參考晶體振蕩器，經(jīng)過(guò)混頻器、倍頻器、分頻器、帶通濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入?yún)⒖季w振蕩頻率的加、減、乘、除運(yùn)算，以產(chǎn)生所需要的各種頻率。按頻率合成器所需要的參考晶振源的數(shù)量多少，合成方法可以分為兩種：非相干法和相干法。由于非相干法需要多個(gè)參考晶振源，而且制作具有相同的頻率穩(wěn)定度和頻率精度的多個(gè)晶體難度非常大，同時(shí)還存在著體

31、積大、造價(jià)高和系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)。另外該方法輸出的頻率與參考晶振無(wú)固定的相位關(guān)系。如果在全相參雷達(dá)系統(tǒng)、通信相干接收系統(tǒng)等場(chǎng)合采用該合成方法是不能實(shí)現(xiàn)相參要求的。因此，這種合成方法現(xiàn)已較少采用。而相干法僅僅使用一個(gè)參考晶振，頻率合成器輸出的各種頻率都由該參考晶振直接或間接產(chǎn)生，因此，輸出頻率的穩(wěn)定度和頻率精度與參考源一致，同時(shí)也可以使輸出頻率與參考晶振保持嚴(yán)格固定的相位關(guān)系，因此，這種合成方法得到廣泛應(yīng)用。3.1 直接頻率合成器的基本原理和組成 直接模擬合成利用倍頻(乘)、分頻(除)、混頻(加減)和濾波技術(shù)，所需的頻率是從一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定度和精確度的參考頻率源產(chǎn)生。它的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，載頻相

32、位好等。缺點(diǎn)是該方法采用了大量的分頻、混頻、倍頻和濾波等模擬元件導(dǎo)致了硬件電路體積大、功耗大且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，元件差難以抑制的非線性影響，所以合成的正弦波的幅度、相位等參數(shù)難以控制。 用混頻器、倍頻器和分頻器實(shí)現(xiàn)頻率間的加、減、乘、除來(lái)產(chǎn)生新頻率，并靠濾波器選擇使信號(hào)純凈。圖3.1是直接合成式頻率合成器的原理圖，用插入除10的分頻器來(lái)獲得十進(jìn)位。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2都在1位時(shí),頻率合成器輸出頻率為頻率合成當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2都在10位時(shí)，頻率合成器輸出頻率為由此可知，頻率合成器的輸出頻段為09.9fr，分辨率式。fR是參考源頻率,n1、n2、m根據(jù)電路實(shí)現(xiàn)的可能和有利情況來(lái)選擇。直接合成的分辨

33、率高，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，頻段寬，相位噪聲小，但設(shè)備大而且復(fù)雜，成本高。全數(shù)字化的直接合成利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，其分辨率高，轉(zhuǎn)換速度可小到 1納秒，但最高頻率僅為參考源頻率的四分之一，而且還與所采用器件的轉(zhuǎn)換速度有關(guān)。 A位相位累加器波形ROM低頻濾波器參考頻率源D/A轉(zhuǎn)換器frKf0 圖3.1直接合成式頻率合成器的原理圖 如圖3.2所示，輸出信號(hào)頻率fo=f3f2f1 。其中f3決定了工作頻段，f2決定了工作帶寬，f1決定了頻率分辨力。該框圖看起來(lái)易于實(shí)現(xiàn)，其實(shí)不然，因?yàn)?，每個(gè)頻標(biāo)發(fā)生器和開(kāi)關(guān)濾波器組不僅成本昂貴，而且由于混頻窗口、濾波器可實(shí)現(xiàn)性和開(kāi)關(guān)隔離度等因素的限制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常復(fù)雜。f1基準(zhǔn)源 低頻

34、頻標(biāo)發(fā)生器 開(kāi)關(guān)濾波器組1 F 參 中頻頻標(biāo)發(fā)生器 考 f2 信 高頻頻標(biāo)發(fā)生器 開(kāi)關(guān)濾波器組2 號(hào) f3 輸出信號(hào)f0 圖3.2直接頻率合成原理方框圖3.2直接頻率合成器的幾個(gè)主要組成電路混頻器 混頻是指將信號(hào)從一個(gè)頻率變換到另外一個(gè)頻率的過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是頻譜線性搬移的過(guò)程。在超外差接收機(jī)中，混頻的目的是保證接收機(jī)獲得較高的靈敏度，足夠的放大量和適當(dāng)?shù)耐l帶，同時(shí)又能穩(wěn)定地工作?；祛l電路包括三個(gè)組成部分：本機(jī)振蕩器、非線性器件、帶通濾波器?；祛l器將天線上接收到的信號(hào)與本振產(chǎn)生的信號(hào)混頻， coscos=cos(+)+cos(-)/2 式（3.1）可以這樣理解，為信號(hào)頻率量，為本振頻率量，產(chǎn)生和

35、差頻。當(dāng)混頻的頻率等于中頻時(shí)，這個(gè)信號(hào)可以通過(guò)中頻放大器，被放大后，進(jìn)行峰值檢波。檢波后的信號(hào)被視頻放大器進(jìn)行放大，然后顯示出來(lái)。由于本振電路的振蕩頻率隨著時(shí)間變化，因此頻譜分析儀在不同的時(shí)間接收的頻率是不同的。當(dāng)本振振蕩器的頻率隨著時(shí)間進(jìn)行掃描時(shí)，屏幕上就顯示出了被測(cè)信號(hào)在不同頻率上的幅度，將不同頻率上信號(hào)的幅度記錄下來(lái)，就得到了被測(cè)信號(hào)的頻譜。 從工作性質(zhì)可分為二類，即加法混頻器和減法混頻器分別得到和頻及差頻。 從電路元件也可分為三極管混頻器和二極管混頻器。 從電路分有混頻器和變頻器。 混頻器和頻率混合器是有區(qū)別的。后者是把幾個(gè)頻率的信號(hào)線性的迭加在一起，不產(chǎn)生新的頻率。 1.混頻器的一些

36、性能指標(biāo) （1）工作頻率 信號(hào)工作頻率外，還應(yīng)注重本振和中頻頻率應(yīng)用范圍。 （2）噪聲系數(shù) 混頻器的噪聲定義為：NF=Pno/Pso 。Pno是當(dāng)輸入端口噪聲溫度在所有頻率上都是標(biāo)準(zhǔn)溫度即T0=290K時(shí)，傳輸?shù)捷敵龆丝诘目傇肼曎Y用功率。Pno主要包括熱噪聲，內(nèi)部損耗電阻熱噪聲，混頻器件電流散彈噪聲及本振相位噪聲。Pso為僅有有用信號(hào)輸入在輸出端產(chǎn)生的噪聲資用功率。 （3）變頻損耗 混頻器的變頻損耗定義為混頻器射頻輸入端口的微波信號(hào)功率與中頻輸出端信號(hào)功率之比。主要由電路失配損耗，二極管的固有結(jié)損耗及非線性電導(dǎo)凈變頻損耗等引起。 （4）1dB壓縮點(diǎn) 在正常工作情況下，射頻輸入電平遠(yuǎn)低于本振電平

37、，此時(shí)中頻輸出將隨射頻輸入線性變化，當(dāng)射頻電平增加到一定程度時(shí)，中頻輸出隨射頻輸入增加的速度減慢，混頻器出現(xiàn)飽和。當(dāng)中頻輸出偏離線性1dB時(shí)的射頻輸入功率為混頻器的1dB壓縮點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)相同的混頻器，1dB壓縮點(diǎn)取決于本振功率大小和二極管特性，一般比本振功率低6dB。 （5）動(dòng)態(tài)范圍 動(dòng)態(tài)范圍是指混頻器正常工作時(shí)的微波輸入功率范圍。其下限因混頻器的應(yīng)用環(huán)境不同而異，其上限受射頻輸入功率飽和所限，通常對(duì)應(yīng)混頻器的1dB壓縮點(diǎn)。 （6）雙音三階交調(diào) 假如有兩個(gè)頻率相近的微波信號(hào)fs1和fs2和本振fLO一起輸入到混頻器，由于混頻器的非線性作用，將產(chǎn)生交調(diào)，其中三階交調(diào)可能出現(xiàn)在輸出中頻四周的地方，

38、落入中頻通帶以內(nèi)，造成干擾，通常用三階交調(diào)抑制比來(lái)描述，即有用信號(hào)功率與三階交調(diào)信號(hào)功率比值，常表示為dBc。因中頻功率隨輸入功率成正比，當(dāng)微波輸入信號(hào)減小1dB時(shí)，三階交調(diào)信號(hào)抑制比增加2dB。 （7）隔離度 混頻器隔離度是指各頻率端口間的相互隔離，包括本振與射頻，本振與中頻，及射頻與中頻之間的隔離。隔離度定義為本振或射頻信號(hào)泄漏到其它端口的功率與輸入功率之比，單位dB。 （8）本振功率 混頻器的本振功率是指最佳工作狀態(tài)時(shí)所需的本振功率。原則上本振功率愈大，動(dòng)態(tài)范圍增大，線性度改善（1dB壓縮點(diǎn)上升，三階交調(diào)系數(shù)改善）。 （9）端口駐波比 端口駐波直接影響混頻器在系統(tǒng)中的使用，它是一個(gè)隨功率

39、、頻率變化的參數(shù)。 （10）中頻剩余直流偏差電壓 當(dāng)混頻器作鑒相器時(shí)，只有一個(gè)輸入時(shí)，輸出應(yīng)為零。但由于混頻管配對(duì)不理想或巴倫不平衡等原因，將在中頻輸出一個(gè)直流電壓，即中頻剩余直流偏差電壓。這一剩余直流偏差電壓將影響鑒相精度。倍頻器 倍頻器（frequency multiplier）使輸出信號(hào)頻率等于輸入信號(hào)頻率整數(shù)倍的電路。輸入頻率為f1，則輸出頻率為f0nf1，系數(shù)n為任意正整數(shù)，稱倍頻次數(shù)。倍頻器用途廣泛，如發(fā)射機(jī)采用倍頻器后可使主振器振蕩在較低頻率，以提高頻率穩(wěn)定度；調(diào)頻設(shè)備用倍頻器來(lái)增大頻率偏移；在相位鍵控通信機(jī)中，倍頻器是載波恢復(fù)電路的一個(gè)重要組成單元。 倍頻器有晶體管倍頻器、變?nèi)?/p>

40、二極管倍頻器、階躍恢復(fù)二極管倍頻器等。用其他非線性電阻、電感和電容也能構(gòu)成倍頻器，如鐵氧體倍頻器等。非線性電阻構(gòu)成的倍頻器，倍頻噪聲較大。這是因?yàn)榉蔷€性變換過(guò)程中產(chǎn)生的大量諧波使輸出信號(hào)相位不穩(wěn)定而引起的。倍頻次數(shù)越高，倍頻噪聲就越大，使倍頻器的應(yīng)用受到限制。在要求倍頻噪聲較小的設(shè)備中，可采用根據(jù)鎖相環(huán)原理構(gòu)成的鎖相環(huán)倍頻器和同步倍頻器。但是，這類倍頻器線路比較復(fù)雜，倍頻次數(shù)一般不太高，而且還可能出現(xiàn)相位失鎖等問(wèn)題。 微波振蕩器的頻率穩(wěn)定度不太高，在幾十兆赫至百兆赫的晶體振蕩器后面加上一級(jí)高次倍頻器，可以獲得具有晶振頻率穩(wěn)定度的微波振蕩。另外，多級(jí)倍頻器級(jí)聯(lián)起來(lái)，可以使倍頻次數(shù)大大提高。例如，

41、二倍頻器和三倍頻器級(jí)聯(lián)可產(chǎn)生六次倍頻，m級(jí)N倍頻器級(jí)聯(lián)，總倍頻次數(shù)為Nm。不過(guò)，倍頻級(jí)數(shù)增加，倍頻噪聲也加大，故倍頻上限仍受到限制。 1 倍頻器功能 倍頻器實(shí)質(zhì)上就是一種輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)頻率整數(shù)倍的電路，常用的是二倍頻和三倍頻器。在手持移動(dòng)電話中倍頻器的主要作用是為了提升載波信號(hào)的頻率，使之工作于對(duì)應(yīng)的信道；同時(shí)經(jīng)倍頻處理后，調(diào)頻信號(hào)的頻偏也可成倍提高，即提高了調(diào)頻調(diào)制的靈敏度，這樣可降低對(duì)調(diào)制信號(hào)的放大要求。采作倍頻器的另一個(gè)好處是：可以使載波主振蕩器與高頻放大器隔離，減小高頻寄生耦合，有得于減少高頻自激現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高整機(jī)工作穩(wěn)定性。 2 倍頻器的基本原理 微波倍頻器是一種基本的微波電

42、路。所謂倍頻器 是指能完成輸入信號(hào)頻率倍增功能的電子設(shè)備。原則 上，非線性器件都能實(shí)現(xiàn)倍頻，而利用半導(dǎo)體器件的 非線性實(shí)現(xiàn)的倍頻，即稱為固態(tài)倍頻器。當(dāng)用一個(gè)正 弦信號(hào)激勵(lì)非線性器件時(shí)，便會(huì)在基頻的諧波頻率上 產(chǎn)生功率。倍頻電路的作用就是有效提取其中所需要 的諧波信號(hào)，而將其基頻和不需的諧波加以抑制。 倍頻器按其工作原理又可分為兩大類：一種是非 線性電阻倍頻。這類倍頻器是利用雙結(jié)型晶體管、場(chǎng) 效應(yīng)晶體管或二極管的非線性電阻效應(yīng)把大幅度正弦 倍頻器的原理波變成電流脈沖，再用選頻回路將所需要的諧波選出，以完成倍頻作用。 另一種非線性電抗倍頻，亦稱為“參量倍頻”。 其一是利用PN 結(jié)或金屬一半導(dǎo)體結(jié)的

43、非線性變化得到輸入信號(hào)的諧波，經(jīng)濾波器選出需要的頻率.變?nèi)荻O管倍頻器、階躍二極管倍頻器以及利用集電極非線性效應(yīng)做成的三極管倍頻器都是非線性電容構(gòu)成的倍頻器；其二是利用非線性電感構(gòu)成的倍頻器。例如利用雪崩二極管雪崩渡越效應(yīng)引起的非線性電感實(shí)現(xiàn)的倍頻。 目前，在頻率較低、倍頻次數(shù)不是很高的場(chǎng)合，人們常采用晶體管有源倍頻來(lái)實(shí)現(xiàn) 而在頻率較高時(shí)往往采用變?nèi)荻O管或是階躍恢復(fù)二極管等無(wú)源電路。隨著截止 頻率很高的各種場(chǎng)效應(yīng)管的出現(xiàn)，人們對(duì)利用場(chǎng)效應(yīng)管的非線性來(lái)實(shí)現(xiàn)次數(shù)較低的倍頻電路表現(xiàn)出極大的興趣。分頻器 模擬分頻器是音箱內(nèi)的一種電路裝置，用以將輸入的模擬音頻信號(hào)分離成高音、中音、低音等不同部分，然后

44、分別送入相應(yīng)的高、中、低音喇叭單元中重放。之所以這樣做，是因?yàn)槿魏螁我坏睦榷疾豢赡芡昝赖膶⒙曇舻母鱾€(gè)頻段完整的重放出來(lái)。 1分頻器的作用 分頻器是音箱中的“大腦”，對(duì)音質(zhì)的好壞至關(guān)重要。功放輸出的音樂(lè)訊號(hào)必須經(jīng)過(guò)分頻器中的過(guò)濾波元件處理，讓各單元特定頻率的訊號(hào)通過(guò)。要科學(xué)、合理、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計(jì)好音箱之分頻器，才能有效地修飾喇叭單元的不同特性，優(yōu)化組合，使得各單元揚(yáng)長(zhǎng)避短，淋漓盡致地發(fā)揮出各自應(yīng)有的潛能，使各頻段的頻響變得平滑、聲像相位準(zhǔn)確，才能使高、中、低音播放出來(lái)的音樂(lè)層次分明、合拍、明朗、舒適、寬廣、自然的音質(zhì)效果。 2分頻器的原理從電路結(jié)構(gòu)來(lái)看，分頻器本質(zhì)上是由電容器和電感線圈構(gòu)成的LC濾

45、波網(wǎng)絡(luò)，高音通道是高通濾波器，它只讓高頻信號(hào)通過(guò)而阻止低頻信號(hào)；低音通道正好相反，它只讓低音通過(guò)而阻止高頻信號(hào)；中音通道則是一個(gè)帶通濾波器，除了一低一高兩個(gè)分頻點(diǎn)之間的頻率可以通過(guò)，高頻成份和低頻成份都將被阻止。在實(shí)際的分頻器中，有時(shí)為了平衡高、低音單元之間的靈敏度差異，還要加入衰減電阻；另外，有些分頻器中還加入了由電阻、電容構(gòu)成的阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，其目的是使音箱的阻抗曲線心理平坦一些，以便于功放驅(qū)動(dòng)。 圖3.3 分頻器的電路結(jié)構(gòu)圖 3分頻器的分類：功率分頻器 位于功率放大器之后，設(shè)置在音箱內(nèi)，通過(guò)LC濾波網(wǎng)絡(luò)，將功率放大器輸出的功率音頻信號(hào)分為低音，中音和高音，分別送至各自揚(yáng)聲器。連接簡(jiǎn)單，使用

46、方便，但消耗功率，出現(xiàn)音頻谷點(diǎn)，產(chǎn)生交叉失真，它的參數(shù)與揚(yáng)聲器阻抗有的直接關(guān)系，而揚(yáng)聲器的阻抗又是頻率的函數(shù)，與標(biāo)稱值偏離較大，因此誤差也較大，不利于調(diào)整。 （2）電子分頻器將音頻弱信號(hào)進(jìn)行分頻的設(shè)備，位于功率放大器前，分頻后再用各自獨(dú)立的功率放大器，把每一個(gè)音頻頻段信號(hào)給予放大，然后分別送到相應(yīng)的揚(yáng)聲器單元。因電流較小故可用較小功率的電子有源濾波器實(shí)現(xiàn)，調(diào)整較容易，減少功率損耗，及揚(yáng)聲器單元之間的干擾。使得信號(hào)損失小，音質(zhì)好。但此方式每路要用獨(dú)立的功率放大器，成本高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)用于專業(yè)擴(kuò)聲系統(tǒng)。壓控振蕩器 指輸出頻率與輸入控制電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路(VCO)，頻率是輸入信號(hào)電壓的函數(shù)

47、的振蕩器VCO，振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構(gòu)成一個(gè)壓控振蕩器。 1.壓控振蕩器的控制特性其特性用輸出角頻率0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線來(lái)表示。uc為零時(shí)的角頻率0,0稱為自由振蕩角頻率；曲線在0,0處的斜率K0稱為控制靈敏度。在通信或測(cè)量?jī)x器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測(cè)量的信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）。人們通常把壓控振蕩器稱為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。在自動(dòng)頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號(hào)電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個(gè)受控部件。 壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。對(duì)壓控振蕩器的技術(shù)要求主要有：頻率穩(wěn)定度好，控制靈

48、敏度高，調(diào)頻范圍寬，頻偏與控制電壓成線性關(guān)系并宜于集成等。晶體壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，但調(diào)頻范圍窄，RC壓控振蕩器的頻率穩(wěn)定度低而調(diào)頻范圍寬，LC壓控振蕩器居二者之間。 2. 壓控振蕩器的作用 壓控振蕩器(VCO)與普通本振相比，在諧振回路中多出了電控器件，比如變?nèi)荻O管；一般壓控振蕩器(VCO)多以克拉潑振蕩器形式存在，以保證電路工作點(diǎn)和Q值的穩(wěn)定性。振蕩器自其誕生以來(lái)就一直在通信、電子、航海航空航天及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域扮演重要的角色，具有廣泛的用途。在無(wú)線電技術(shù)發(fā)展的初期，它就在發(fā)射機(jī)中用來(lái)產(chǎn)生高頻載波電壓，在超外差接收機(jī)中用作本機(jī)振蕩器，成為發(fā)射和接收設(shè)備的基本部件。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，振

49、蕩器的用途也越來(lái)越廣泛，例如在無(wú)線電測(cè)量?jī)x器中，它產(chǎn)生各種頻段的正弦信號(hào)電壓：在熱加工、熱處理、超聲波加工和某些醫(yī)療設(shè)備中，它產(chǎn)生大功率的高頻電能對(duì)負(fù)載加熱；某些電氣設(shè)備用振蕩器做成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制；電子鐘和電子手表中采用頻率穩(wěn)定度很高的振蕩電路作為定時(shí)部件等。尤其在通信系統(tǒng)電路中，壓控振蕩器(VCO)是其關(guān)鍵部件，特別是在鎖相環(huán)電路、時(shí)鐘恢復(fù)電路和頻率綜合器電路等更是重中之重，可以毫不夸張地說(shuō)在電子通信技術(shù)領(lǐng)域，VCO幾乎與電流源和運(yùn)放具有同等重要地位。石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器，石英諧振器簡(jiǎn)稱為晶振，它是利用具有壓電效應(yīng)的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場(chǎng)的作用時(shí)會(huì)

50、產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率與石英晶體的固有頻率相同時(shí)，振動(dòng)便變得很強(qiáng)烈，這就是晶體諧振特性的反應(yīng)。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于家用電器和通信設(shè)備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩(wěn)定性，故主要用在要求頻率十分穩(wěn)定的振蕩電路中作諧振元件。 1.基本分類 晶體振蕩器也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類型。無(wú)源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無(wú)源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無(wú)源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無(wú)法振蕩起來(lái)，

51、所以“無(wú)源晶振”這個(gè)說(shuō)法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來(lái)起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來(lái)工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來(lái)維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)：諧振電阻（RR），諧振器沒(méi)有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，因此這是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。 2.基本結(jié)構(gòu)及工作原理石英晶體振蕩器分非溫度補(bǔ)償式晶體振蕩器、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）、電壓控制晶體振蕩器（VCXO）、恒溫控制式晶體振蕩器（OC

52、XO）和數(shù)字化/p補(bǔ)償式晶體振蕩器（DCXO/MCXO）等幾種類型。其中，無(wú)溫度補(bǔ)償式晶體振蕩器是最簡(jiǎn)單的一種，在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)中，稱其為標(biāo)準(zhǔn)封裝晶體振蕩器（SPXO）?，F(xiàn)以SPXO為例，簡(jiǎn)要介紹一下石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)與工作原理。 石英晶體，有天然的也有人造的，是一種重要的壓電晶體材料。石英晶體本身并非振蕩器，它只有借助于有源激勵(lì)和無(wú)源電抗網(wǎng)絡(luò)方可產(chǎn)生振蕩。SPXO主要是由品質(zhì)因數(shù)Q很高的晶體諧振器（即晶體振子）與反饋式振蕩電路組成的。石英晶體振子是振蕩器中的重要元件，晶體的頻率（基頻或n次諧波頻率）及其溫度特性在很大程度上取決于其切割取向。 3.石英晶體振蕩器的應(yīng)用 石英晶體諧振器根據(jù)其外型結(jié)構(gòu)不同可分為HC-49U、HC-49U/S、HC-49U/SSMD、UM-1、UM-5及柱狀晶體等。 HC-49U適用于具有寬闊空間的電子產(chǎn)品如通信