高頻電子線路第11章頻率合成技術(shù)

1、第11章 頻率合成技術(shù)11.111.1 頻率合成器的主要指標(biāo)頻率合成器的主要指標(biāo)11.211.2 直接頻率合成法直接頻率合成法11.2.2 相干式直接合成器相干式直接合成器11.2.3 頻率漂移抵消法頻率漂移抵消法11.311.3 間接頻率合成法間接頻率合成法11.3.1 脈沖控制鎖相法脈沖控制鎖相法11.3.2 間接合成制減法降頻間接合成制減法降頻11.3.3 間接合成制除法降頻間接合成制除法降頻11.2.1 非相干式直接合成器非相干式直接合成器11.111.1 頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo) 頻率合成器是利用一個頻率合成器是利用一個(或幾個或幾個)晶體振蕩器產(chǎn)生一系晶體振

2、蕩器產(chǎn)生一系列列(或若干個或若干個)標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的裝備標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的裝備。（1）工作頻率范圍工作頻率范圍頻率合成器最高與最低輸出頻率所確定的頻率范圍，稱為頻率合成器最高與最低輸出頻率所確定的頻率范圍，稱為頻率合成器的工作頻率范圍。頻率合成器的工作頻率范圍。（2）頻率間隔頻率間隔每個離散頻率（或信道）之間的最小間隔稱為頻率間隔。每個離散頻率（或信道）之間的最小間隔稱為頻率間隔。又稱分辨力。又稱分辨力。（3）頻率轉(zhuǎn)換時間頻率轉(zhuǎn)換時間由一個工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個工作頻率并使后者達(dá)到穩(wěn)定由一個工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個工作頻率并使后者達(dá)到穩(wěn)定工作所需的時間。工作所需的時間。 頻率合成的方法，基本上可歸納為頻率

3、合成的方法，基本上可歸納為直接合成法直接合成法與與間接間接合成法合成法兩大類。兩大類。（4）頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度 頻率穩(wěn)定度是指在規(guī)定觀測時間內(nèi)，合成器輸出頻率偏離頻率穩(wěn)定度是指在規(guī)定觀測時間內(nèi)，合成器輸出頻率偏離標(biāo)稱值的程度。標(biāo)稱值的程度。一般用該偏離值與輸出頻率的相對值來表一般用該偏離值與輸出頻率的相對值來表示。準(zhǔn)確度則表示實(shí)際工作頻率與其標(biāo)稱值之間的偏差，示。準(zhǔn)確度則表示實(shí)際工作頻率與其標(biāo)稱值之間的偏差，又稱頻率誤差。事實(shí)上，穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度有著密切的關(guān)系，又稱頻率誤差。事實(shí)上，穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度有著密切的關(guān)系，因?yàn)橹挥蓄l率穩(wěn)定度高，頻率準(zhǔn)確度才有意義。因?yàn)橹挥蓄l率穩(wěn)定度高，頻

4、率準(zhǔn)確度才有意義。（5）頻譜純度頻譜純度 頻譜純度是指輸出信號接近正弦波的程度頻譜純度是指輸出信號接近正弦波的程度?？梢杂幂敵龆?。可以用輸出端的有用信號電平與各寄生頻率總電平之比的分貝數(shù)表示。的有用信號電平與各寄生頻率總電平之比的分貝數(shù)表示。有用信號頻率成分；有用信號頻率成分；各寄生信號頻率成分：有用信號的各次諧波成分；各寄生信號頻率成分：有用信號的各次諧波成分；存在各種周期性干擾（混頻器的高次組合頻率）；存在各種周期性干擾（混頻器的高次組合頻率）；隨機(jī)干擾（相位噪聲）。隨機(jī)干擾（相位噪聲）。11.211.2 直接頻率合成法直接頻率合成法11.2.1 11.2.1 非相干式直接合成器非相干式直

5、接合成器 圖中圖中f1與與f2為兩個石英晶體振蕩器的頻率，為兩個石英晶體振蕩器的頻率，f1可以從可以從50005009MHz這這10個頻率中任選一個，個頻率中任選一個，f2可以從可以從600609MHz這這10個頻率中任選一個。所選出的兩個頻率在混頻個頻率中任選一個。所選出的兩個頻率在混頻器中相加，通過帶通濾波器取出合成頻率。器中相加，通過帶通濾波器取出合成頻率。 11.2.2 11.2.2 相干式直接合成器相干式直接合成器 圖中的圖中的10個等差數(shù)頻率（個等差數(shù)頻率（2736MHz,間隔間隔0.1MHz）是）是由石英晶體振蕩器通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生的多個頻率。由石英晶體振蕩器通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生的

6、多個頻率。 由于由于這些頻率都是同一來源，故為相干式。所需的輸出頻率可以這些頻率都是同一來源，故為相干式。所需的輸出頻率可以通過對這通過對這10個等差列數(shù)頻率的選擇，進(jìn)行逐次混頻、濾波、個等差列數(shù)頻率的選擇，進(jìn)行逐次混頻、濾波、與分頻的方式來獲得。與分頻的方式來獲得。11.2.3 11.2.3 頻率漂移抵消法頻率漂移抵消法( (外差補(bǔ)償法外差補(bǔ)償法) ) 輸出頻率輸出頻率f2的準(zhǔn)確度僅取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度僅取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率fom，而與可變，而與可變振振蕩器的頻率誤差蕩器的頻率誤差f無關(guān)無關(guān)。由于頻率誤差由于頻率誤差f在兩次變頻過程在兩次變頻過程中被抵消，故稱之為頻率漂移抵消法，也可以叫做外差補(bǔ)

7、中被抵消，故稱之為頻率漂移抵消法，也可以叫做外差補(bǔ)償法。償法。11.311.3 間接頻率合成法間接頻率合成法( (鎖相環(huán)路法鎖相環(huán)路法) ) 脈沖控制鎖相法是利用參考晶振頻率的某次諧波（通脈沖控制鎖相法是利用參考晶振頻率的某次諧波（通過脈沖形成電路來獲得）與過脈沖形成電路來獲得）與VCO頻率在鑒相器中相比較；頻率在鑒相器中相比較；模擬鎖相環(huán)路法與數(shù)字鎖相環(huán)路法則是利用適當(dāng)?shù)慕殿l電模擬鎖相環(huán)路法與數(shù)字鎖相環(huán)路法則是利用適當(dāng)?shù)慕殿l電路將路將VCO的頻率降低，然后與參考頻率在鑒相器中相比的頻率降低，然后與參考頻率在鑒相器中相比較。較。 模擬式與數(shù)字式的區(qū)別在于兩者的降頻方式不同：模擬式與數(shù)字式的區(qū)別

8、在于兩者的降頻方式不同： 前前者采用者采用減法降頻減法降頻，后者采用，后者采用除法降頻除法降頻。 11.3.1 11.3.1 脈沖控制鎖相法脈沖控制鎖相法 用晶振頻率用晶振頻率fR去激勵脈沖形成電路，產(chǎn)生一個重復(fù)頻率為去激勵脈沖形成電路，產(chǎn)生一個重復(fù)頻率為fR的尖脈沖序列，這脈沖序列含有豐富的諧波。的尖脈沖序列，這脈沖序列含有豐富的諧波。 對于不同的對于不同的VCO頻率頻率fV,取相應(yīng)的諧波取相應(yīng)的諧波nfR在鑒相器中進(jìn)行比較，通過鎖相在鑒相器中進(jìn)行比較，通過鎖相環(huán)路的作用，即可將環(huán)路的作用，即可將fV鎖定在鎖定在nfR上，即上，即fV=nfR(n=1,2,3,)。 改變改變n值，即可在不同的

9、值，即可在不同的fV值上獲得鎖定。值上獲得鎖定。 由此可見由此可見，脈沖控脈沖控制鎖相法實(shí)際上是一個單環(huán)制鎖相法實(shí)際上是一個單環(huán)(即只有一個鎖相環(huán)路即只有一個鎖相環(huán)路)多波道頻率多波道頻率合成器合成器。 11.3.2 11.3.2 間接合成制減法降頻間接合成制減法降頻( (迷你鎖相環(huán)路法迷你鎖相環(huán)路法) ) 圖是多環(huán)式減法降頻方框圖。它共用了四個鎖相環(huán)，圖是多環(huán)式減法降頻方框圖。它共用了四個鎖相環(huán)，可獲得可獲得10000個離散頻率，間隔個離散頻率，間隔100Hz。11.3.3 11.3.3 間接合成制除法降頻間接合成制除法降頻( (數(shù)字鎖相環(huán)法數(shù)字鎖相環(huán)法) ) 數(shù)字邏輯電路把數(shù)字邏輯電路把V

10、CO頻率一次或多次降低，再與參考頻率一次或多次降低，再與參考頻率在鑒相電路中進(jìn)行比較，所產(chǎn)生的誤差信號用來控制頻率在鑒相電路中進(jìn)行比較，所產(chǎn)生的誤差信號用來控制VCO頻率，使之鎖定在參考頻率的穩(wěn)定度上。頻率，使之鎖定在參考頻率的穩(wěn)定度上。 本章介紹頻率合成器，包括直接合成法和間接合成法。本章介紹頻率合成器，包括直接合成法和間接合成法。 1. 所謂頻率合成器就是利用一個（或幾個）晶體振蕩器產(chǎn)所謂頻率合成器就是利用一個（或幾個）晶體振蕩器產(chǎn)生一系列（或若干個）標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的設(shè)備。生一系列（或若干個）標(biāo)準(zhǔn)頻率信號的設(shè)備。 其其基本思想基本思想就就是利用綜合或合成的手段，綜合是利用綜合或合成的手段，綜

11、合晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度、晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高和和LC振蕩器改換頻率方便振蕩器改換頻率方便的優(yōu)點(diǎn)，克服了晶體點(diǎn)頻的優(yōu)點(diǎn)，克服了晶體點(diǎn)頻工作和工作和LC振蕩的頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度不高的缺點(diǎn)，而形成頻振蕩的頻率穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度不高的缺點(diǎn)，而形成頻率合成技術(shù)。率合成技術(shù)。 本本 章章 小小 結(jié)結(jié)2 頻率穩(wěn)定度是指在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，合成器頻率偏離規(guī)定值的數(shù)值。 頻率準(zhǔn)確度則是指實(shí)際工作頻率偏離規(guī)定值的數(shù)值，即頻率偏差。 這是頻率合成器兩個重要指標(biāo)。 兩者既有區(qū)別，又有聯(lián)系。穩(wěn)定度是準(zhǔn)確度的前提。 穩(wěn)定度高也就意味著準(zhǔn)確度高，亦即只有頻率穩(wěn)定，才能談得上頻率準(zhǔn)確。3 所謂直接頻率合成法

12、是將所謂直接頻率合成法是將兩個基準(zhǔn)頻率兩個基準(zhǔn)頻率直接在直接在混頻器混頻器中進(jìn)行混頻，以獲得所需的新頻率。中進(jìn)行混頻，以獲得所需的新頻率。 這些基準(zhǔn)頻率是由石英這些基準(zhǔn)頻率是由石英晶體振蕩器產(chǎn)生的。晶體振蕩器產(chǎn)生的。 如果是用多個石英晶體產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻如果是用多個石英晶體產(chǎn)生的基準(zhǔn)頻率，因而產(chǎn)生混頻的兩個基準(zhǔn)頻率相互之間是獨(dú)立的，所以率，因而產(chǎn)生混頻的兩個基準(zhǔn)頻率相互之間是獨(dú)立的，所以叫叫非相干式直接合成非相干式直接合成。 如果只用一塊石英晶體作為標(biāo)準(zhǔn)頻率如果只用一塊石英晶體作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，因而產(chǎn)生的混頻的兩個基準(zhǔn)頻率（通過倍頻器產(chǎn)生的）源，因而產(chǎn)生的混頻的兩個基準(zhǔn)頻率（通過倍頻器產(chǎn)生的）彼此之間是相關(guān)的，就叫彼此之間是相關(guān)的，就叫相干式直接合成相干式直接合