頻率合成技術(shù)-通信電路-課件-08

1、18.1概概 述述n頻率合成的基本方法頻率合成的基本方法n主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)n相位噪聲相位噪聲8.2直接頻率合成法直接頻率合成法8.3鎖相頻率合成法鎖相頻率合成法n鎖相頻率合成器的基本構(gòu)成鎖相頻率合成器的基本構(gòu)成n鎖相頻率合成器方案設(shè)計中的一些考慮鎖相頻率合成器方案設(shè)計中的一些考慮n鎖相頻率合成器的實際構(gòu)成方案鎖相頻率合成器的實際構(gòu)成方案8.4 集成頻率合成器芯片舉例集成頻率合成器芯片舉例8.5 直接數(shù)字式頻率合成直接數(shù)字式頻率合成2o 為了實現(xiàn)高質(zhì)量的無線電通信，減少各種外界因素對為了實現(xiàn)高質(zhì)量的無線電通信，減少各種外界因素對傳輸信號的干擾，近代通信系統(tǒng)往往要求通信機具有傳輸信號的干擾

2、，近代通信系統(tǒng)往往要求通信機具有大量的、可供用戶選擇和迅速更換的載頻振蕩信號。大量的、可供用戶選擇和迅速更換的載頻振蕩信號。p 頻率合成器能夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。頻率合成器能夠?qū)崿F(xiàn)上述要求。l例如移動通信：要求在例如移動通信：要求在150、400、900、1800MHz頻率附近提供上百個頻率點頻率附近提供上百個頻率點l要求這些頻率點的載波振蕩頻率穩(wěn)定度與精度，要求這些頻率點的載波振蕩頻率穩(wěn)定度與精度，都應(yīng)滿足系統(tǒng)的性能要求，并能迅速變換。都應(yīng)滿足系統(tǒng)的性能要求，并能迅速變換。p 晶體振蕩器無法滿足上述要求晶體振蕩器無法滿足上述要求p 頻率合成器是一種能夠產(chǎn)生大量與基準(zhǔn)參考頻率源頻率合成器是一種能夠產(chǎn)

3、生大量與基準(zhǔn)參考頻率源具有同樣高精度和穩(wěn)定度的離散頻率信號的部件。具有同樣高精度和穩(wěn)定度的離散頻率信號的部件。3頻率合成的方法頻率合成的方法p 頻率合成（頻率綜合）是指以一個或數(shù)個參考頻率源頻率合成（頻率綜合）是指以一個或數(shù)個參考頻率源為基準(zhǔn)，在某一頻段內(nèi)，通過一定的變換與處理后綜合產(chǎn)為基準(zhǔn)，在某一頻段內(nèi)，通過一定的變換與處理后綜合產(chǎn)生并輸出多個工作頻率點的過程。生并輸出多個工作頻率點的過程。p 制作高質(zhì)量頻率源成為軍用（電子對抗）、民用（通制作高質(zhì)量頻率源成為軍用（電子對抗）、民用（通信、廣播信、廣播 電視、儀器等）研制工作的一項關(guān)鍵課題電視、儀器等）研制工作的一項關(guān)鍵課題 n這些離散頻率的

4、頻率穩(wěn)定度和精度均與基準(zhǔn)頻率相同。這些離散頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均與基準(zhǔn)頻率相同。n 這些離散頻率能在很短時間內(nèi)，由某一頻率變換到另這些離散頻率能在很短時間內(nèi)，由某一頻率變換到另一頻率一頻率頻率合成的基本方法主要有三類：頻率合成的基本方法主要有三類：l 直接式頻率合成直接式頻率合成l鎖相頻率合成（亦稱間接式頻率合成）鎖相頻率合成（亦稱間接式頻率合成）l直接數(shù)字式直接數(shù)字式頻率合成頻率合成4（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

5、每個離散頻率（或信道）之間的每個離散頻率（或信道）之間的最小間隔最小間隔稱為頻率間隔。稱為頻率間隔。又稱分辨力。又稱分辨力。應(yīng)符合通信機要求的信道間隔。應(yīng)符合通信機要求的信道間隔。（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到穩(wěn)定工作所需的時間。工作所需的時間。工作頻率范圍；頻率間隔；頻率轉(zhuǎn)換時間；工作頻率范圍；頻率間隔；頻率轉(zhuǎn)換時間；頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度；頻譜純度。頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度；頻譜純度。5（4）頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度）頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度n 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)頻率穩(wěn)定度是指在規(guī)

6、定觀測時間內(nèi)，合成器輸出頻率偏離標(biāo) 稱值的程度。稱值的程度。n 準(zhǔn)確度則表示實際工作頻率與其標(biāo)稱值之間的偏差準(zhǔn)確度則表示實際工作頻率與其標(biāo)稱值之間的偏差.（5）頻譜純度）頻譜純度輸出信號接近正弦波的程度?？梢杂幂敵龆说挠杏眯盘栞敵鲂盘柦咏也ǖ某潭?。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。電平與各寄生頻率總電平之比的分貝數(shù)表示。p 各寄生信號頻率成分：各寄生信號頻率成分：n 有用信號的各次諧波成分；有用信號的各次諧波成分；n 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）；n 干擾引起的隨機相移（相位噪聲）干擾引起的隨機相移（相位

7、噪聲）。67p 頻率合成器輸出信號頻譜不純，對接收機和發(fā)射機都頻率合成器輸出信號頻譜不純，對接收機和發(fā)射機都會產(chǎn)生不良影響會產(chǎn)生不良影響n頻譜不純的發(fā)射信號將對鄰道信號產(chǎn)生干擾頻譜不純的發(fā)射信號將對鄰道信號產(chǎn)生干擾n接收機的混頻器可將本振噪聲轉(zhuǎn)移到中頻段，將降低接收機的混頻器可將本振噪聲轉(zhuǎn)移到中頻段，將降低中頻信號的信噪比中頻信號的信噪比n本振噪聲會干擾數(shù)字通信本振噪聲會干擾數(shù)字通信o 載波信號中的相位噪聲和本振中的相位噪聲直接載波信號中的相位噪聲和本振中的相位噪聲直接影響數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率影響數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率 相位噪聲和雜散是頻率合成器（振蕩器）最重要的性相位噪聲和雜散是頻率合

8、成器（振蕩器）最重要的性能指標(biāo)之一能指標(biāo)之一8相位噪聲頻率穩(wěn)定度在頻域中的表征。相位噪聲頻率穩(wěn)定度在頻域中的表征。一般用偏離載頻一般用偏離載頻f處單邊相位噪聲功率譜密度與信號總功率之比來表示，處單邊相位噪聲功率譜密度與信號總功率之比來表示， 單位單位dBc/Hz ，例如，例如測得某頻率合成器的輸出信測得某頻率合成器的輸出信號功率為號功率為5dBm，在偏離該信號，在偏離該信號1MHz處在處在1KHz帶寬內(nèi)的噪聲功帶寬內(nèi)的噪聲功率為率為80dBm，那么單位頻帶內(nèi)的相對單邊相位噪聲功率為，那么單位頻帶內(nèi)的相對單邊相位噪聲功率為 這里這里30dB由由 得出。得出。 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因由于相鄰信號的干擾，

9、和振蕩器存在有源器件、由于相鄰信號的干擾，和振蕩器存在有源器件、電阻等噪聲，這些噪聲通過振蕩器這個非線性系統(tǒng)時，對它電阻等噪聲，這些噪聲通過振蕩器這個非線性系統(tǒng)時，對它的輸出信號幅度和相位都可能進行調(diào)制，使得實際振蕩器的的輸出信號幅度和相位都可能進行調(diào)制，使得實際振蕩器的輸出信號是輸出信號是調(diào)幅調(diào)相波調(diào)幅調(diào)相波。 tttaVtvncnomcos1()10logSSBcPLfP10log1/1KHzHz)/(10530)5(80HzdBc9 ttVtvncomcos ttVtVttVttVtvcnomcomncomncomsincos sinsincoscosp 第一項為載波電壓第一項為載波電壓

10、V Vomomcoscos c ct,t,第二項為載波信號第二項為載波信號V Vomomsinsin c ct t受到相位噪聲受到相位噪聲 n n(t)(t)調(diào)制的雙邊帶信號。振蕩器輸出信號的調(diào)制的雙邊帶信號。振蕩器輸出信號的頻譜是一根載波頻譜和被搬移到載波兩邊的相位噪聲頻譜頻譜是一根載波頻譜和被搬移到載波兩邊的相位噪聲頻譜的疊加。的疊加。p 由于振蕩器具有正反饋的自限幅作用，抑制了振幅由于振蕩器具有正反饋的自限幅作用，抑制了振幅噪聲，只需考慮相位噪聲的影響。而且對于一個能使噪聲，只需考慮相位噪聲的影響。而且對于一個能使用的振蕩器來說，通常相位噪聲也是較小的。用的振蕩器來說，通常相位噪聲也是較

11、小的。10552075/dBmdBdBc Hz NoImage該信號中心頻率為該信號中心頻率為836.49MHzSPAN為為5KHz分辨率帶寬分辨率帶寬RBW為為100Hz輸出功率參考為輸出功率參考為0dBm每格衰減為每格衰減為10dB在偏離中心頻率在偏離中心頻率1KHz（即（即2格）處可格）處可讀得相位噪聲功率相對讀得相位噪聲功率相對于信號功率為于信號功率為55dBc/100Hz相位噪聲相位噪聲)/(752055HzdBc11相位噪聲的特點相位噪聲的特點 l 距離中心頻率越遠，其值越小。距離中心頻率越遠，其值越小。l 噪聲頻譜與振蕩回路有載噪聲頻譜與振蕩回路有載Q值有關(guān)，值有關(guān)，Q值越大，曲

12、值越大，曲 線線 越尖銳，相位噪聲衰減得越快。越尖銳，相位噪聲衰減得越快。 提高振蕩回路的提高振蕩回路的Q值是減小相噪的關(guān)鍵。值是減小相噪的關(guān)鍵。相位噪聲的特點：相位噪聲的特點：12p 采用對頻率具有加減乘除四則運算功能的混頻器、倍頻采用對頻率具有加減乘除四則運算功能的混頻器、倍頻器、分頻器和具有選頻功能的濾波器的不同組合來實現(xiàn)頻率合成器、分頻器和具有選頻功能的濾波器的不同組合來實現(xiàn)頻率合成的方法，一般稱為直接頻率合成法。的方法，一般稱為直接頻率合成法。rqofNMffp 主要缺點：有較多的非線性電路，可能產(chǎn)生寄生干擾，使輸出主要缺點：有較多的非線性電路，可能產(chǎn)生寄生干擾，使輸出信號頻譜純度降

13、低。接入了大量的、濾波性能要求較高的頻帶濾信號頻譜純度降低。接入了大量的、濾波性能要求較高的頻帶濾波器，從而使設(shè)備體積龐大，造價也十分昂貴波器，從而使設(shè)備體積龐大，造價也十分昂貴。倍頻倍頻器器分頻分頻器器混頻器混頻器MNrfqfofp 頻率間隔頻率間隔(M可變）為：可變）為：rfN1p 離散頻率數(shù)由倍頻器的可變倍頻次數(shù)離散頻率數(shù)由倍頻器的可變倍頻次數(shù)M決定決定。濾濾波波器器濾濾波波器器濾濾波波器器13舉例舉例 1：已知基準(zhǔn)頻率：已知基準(zhǔn)頻率=1MHz。要求輸出頻率：要求輸出頻率：21.6MHz分頻分頻分頻分頻分頻分頻混頻混頻混頻混頻倍頻倍頻5101010帶通帶通濾波濾波帶通帶通濾波濾波諧波發(fā)生

14、器諧波發(fā)生器晶振晶振MHZ5MHZ6MHZ1MHZ20MHZ16. 0MHZ16. 2MHZ6 .212 468MHZn 1MHZ6 . 013 579缺點：缺點：n 頻率范圍有限；頻率范圍有限；n 離散頻率數(shù)不能太多；離散頻率數(shù)不能太多；n 輸出信號中的寄生頻率成輸出信號中的寄生頻率成分和相位噪聲顯著加大；分和相位噪聲顯著加大；n 設(shè)備變得龐大。設(shè)備變得龐大。14o 鎖相頻率合成器，由基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器和鎖相環(huán)路兩部分鎖相頻率合成器，由基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器和鎖相環(huán)路兩部分組成。組成。n基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器為合成電路提供一個或幾個高穩(wěn)準(zhǔn)的參基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器為合成電路提供一個或幾個高穩(wěn)準(zhǔn)的參考頻率考頻率n鎖相環(huán)路

15、利用其良好的窄帶跟蹤特性，使頻率準(zhǔn)確地鎖鎖相環(huán)路利用其良好的窄帶跟蹤特性，使頻率準(zhǔn)確地鎖定在參考頻率上，并使被鎖定的頻率具有與參考頻率一定在參考頻率上，并使被鎖定的頻率具有與參考頻率一致的頻率穩(wěn)定度和較高的頻譜純度致的頻率穩(wěn)定度和較高的頻譜純度n鎖相頻率合成器的性能，取決于這兩部分的性能，尤其鎖相頻率合成器的性能，取決于這兩部分的性能，尤其是環(huán)路的跟蹤特性、濾波特性和噪聲特性。是環(huán)路的跟蹤特性、濾波特性和噪聲特性。p 主要優(yōu)點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；輸出頻率成分的頻譜純度高；主要優(yōu)點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；輸出頻率成分的頻譜純度高；易于得到大量的離散頻率；易于集成化易于得到大量的離散頻率；易于集成化。p 主要

16、缺點：頻率轉(zhuǎn)換時間長；單環(huán)頻率合成器的頻主要缺點：頻率轉(zhuǎn)換時間長；單環(huán)頻率合成器的頻率間隔不能做得很小。率間隔不能做得很小。15rNff 0ofVCOLFPD程序分頻器程序分頻器NrfNfo頻道選擇頻道選擇p 數(shù)字鎖相頻率合成器基本原理數(shù)字鎖相頻率合成器基本原理是參考頻率，由晶體振蕩器振蕩頻率分頻得到。是參考頻率，由晶體振蕩器振蕩頻率分頻得到。rfn 當(dāng)環(huán)路鎖定時，鑒相器兩輸入信號的頻率相等。當(dāng)環(huán)路鎖定時，鑒相器兩輸入信號的頻率相等。n 改變改變N即可獲得不同的輸出頻率。即可獲得不同的輸出頻率。1216p 當(dāng)當(dāng) = 100kHz，分頻比，分頻比N在在31316范圍內(nèi)變化時，輸出范圍內(nèi)變化時，輸

17、出頻率范圍將為頻率范圍將為3.131.6MHz，頻率間隔為，頻率間隔為100KHz。p 當(dāng)當(dāng) = 100Hz，分頻比，分頻比N=3000039999時，時， 輸出頻率將為輸出頻率將為33.9999MHz，頻率間隔為，頻率間隔為100Hz。rNff 0例如，上圖中頻率合成器輸出頻率為：例如，上圖中頻率合成器輸出頻率為：p 結(jié)論：結(jié)論：（1）分辨力等于）分辨力等于 （2）分頻比）分頻比N范圍一定時，頻率間隔越大（分范圍一定時，頻率間隔越大（分 辨力越低），頻率合成器工作范圍越寬。辨力越低），頻率合成器工作范圍越寬。 分辨力與工作范圍矛盾。分辨力與工作范圍矛盾。rfrfrf17參考頻率參考頻率 對環(huán)

18、路性能的影響對環(huán)路性能的影響-rfrfrf p 參考頻率參考頻率 對環(huán)路性能的影響對環(huán)路性能的影響rfn 輸出頻率的輸出頻率的分辨力分辨力，等于輸入鑒相器的參考頻率。，等于輸入鑒相器的參考頻率。 越小，越小， 輸出信號的頻率分辨力將越高。輸出信號的頻率分辨力將越高。rfn 小環(huán)路小環(huán)路頻率轉(zhuǎn)換時間頻率轉(zhuǎn)換時間 大大，strfrsft25n 因此減小因此減小 與減小與減小 及抑制及抑制VCO噪聲往往成了對噪聲往往成了對頻率合成器提出的相互矛盾的要求。頻率合成器提出的相互矛盾的要求。rfstn 對于輸出頻率較高，當(dāng)對于輸出頻率較高，當(dāng) 很小時，分頻比很小時，分頻比N的變化將很大，的變化將很大，此時

19、環(huán)路線性化傳遞函數(shù)也變化很大，如此時環(huán)路線性化傳遞函數(shù)也變化很大，如N11000，開環(huán)增，開環(huán)增益有益有60dB變化，影響環(huán)路的變化，影響環(huán)路的動態(tài)工作性能動態(tài)工作性能。，環(huán)路帶寬窄，對抑制，環(huán)路帶寬窄，對抑制VCO噪聲不利。（為了抑噪聲不利。（為了抑制制 及其諧波，環(huán)路帶寬應(yīng)小于及其諧波，環(huán)路帶寬應(yīng)小于 ）rf18可編程分頻器最高工作頻率低的影響可編程分頻器最高工作頻率低的影響n分頻比固定的分頻器，工作頻率較高，有工作在分頻比固定的分頻器，工作頻率較高，有工作在500MHz、800MHz甚至千兆赫的集成器件可供選用。甚至千兆赫的集成器件可供選用。n 可編程分頻器的工作頻率則要低很多，可編程分

20、頻器的工作頻率則要低很多，TTL部件構(gòu)成的可編部件構(gòu)成的可編程分頻器，上限頻率約為幾十程分頻器，上限頻率約為幾十MHz，CMOS部件構(gòu)成的可編程部件構(gòu)成的可編程分頻器，上限頻率則更低。分頻器，上限頻率則更低。而大多數(shù)通信系統(tǒng)的工作頻率則要上百、上千而大多數(shù)通信系統(tǒng)的工作頻率則要上百、上千MHz。 其分頻比的數(shù)目，決定了合成器輸出信道的數(shù)目。其分頻比的數(shù)目，決定了合成器輸出信道的數(shù)目。 程序分頻器的輸入頻率，也是合成器的輸出頻率程序分頻器的輸入頻率，也是合成器的輸出頻率。n 基本鎖相頻率合成器基本鎖相頻率合成器存在合成器要求的輸出頻率與可編程存在合成器要求的輸出頻率與可編程分頻器的最高工作頻率之

21、間的矛盾。分頻器的最高工作頻率之間的矛盾。n可編程分頻器是數(shù)字鎖相頻率合成器的重要部件?？删幊谭诸l器是數(shù)字鎖相頻率合成器的重要部件。如何解決？如何解決？19在程序分頻器前加前置分頻器在程序分頻器前加前置分頻器 含前置分頻器的鎖相頻率合成器含前置分頻器的鎖相頻率合成器提高頻率合成器輸出頻率提高頻率合成器輸出頻率p 在主分頻器前，接入在主分頻器前，接入分頻比恒定分頻比恒定的前置分頻器，以降低的前置分頻器，以降低主分頻器主分頻器（可編程分頻）（可編程分頻）的工作頻率。的工作頻率。鑒相鑒相VCO低通低通RqfrfofNP主分頻器主分頻器 前置分頻器前置分頻器參考分頻器參考分頻器PNfo晶振晶振n當(dāng)改變

22、當(dāng)改變N時，輸出頻率將為以時，輸出頻率將為以 為間隔的離散頻率系列為間隔的離散頻率系列。rPfn可見可見本方案是以加大頻率間隔為代價，換取合成器工作本方案是以加大頻率間隔為代價，換取合成器工作在較高的頻段。在較高的頻段。)(0rpfNf 20 采用吞脈沖可變分頻器采用吞脈沖可變分頻器方案方案2（2）采用）采用吞脈沖可變分頻器的鎖相頻率合成器吞脈沖可變分頻器的鎖相頻率合成器1、吞脈沖可變分頻器組成框圖、吞脈沖可變分頻器組成框圖N大于大于A頻道選擇頻道選擇主計數(shù)器主計數(shù)器模式控制模式控制輔助計數(shù)輔助計數(shù)器器 雙模前置雙模前置分頻器分頻器NASR) 1( PP“1”-計數(shù)計數(shù)“0”-停止停止of0f

23、“1”-“0”-去鑒相器去鑒相器來自來自VCO分頻器輸分頻器輸出頻率出頻率分頻器的分頻器的輸入頻率輸入頻率21p 模式控制電路為高電平時，雙模分頻器的分頻比為模式控制電路為高電平時，雙模分頻器的分頻比為 ) 1(Pp 模式控制電路為低電平時，雙模分頻器的分頻比為模式控制電路為低電平時，雙模分頻器的分頻比為 。Pp N（主計數(shù)器主計數(shù)器）A（輔助計數(shù)器吞脈沖計數(shù)器輔助計數(shù)器吞脈沖計數(shù)器）。p 工作過程：工作過程：l雙模分頻器受模式控制電路控制，當(dāng)模式控制電路輸出為雙模分頻器受模式控制電路控制，當(dāng)模式控制電路輸出為高電平時，則高電平時，則分頻比為（分頻比為（P+1),此時每輸入（此時每輸入（P1）

24、個脈）個脈沖，雙模分頻器就輸出一個脈沖。沖，雙模分頻器就輸出一個脈沖。l 主計數(shù)器預(yù)置為主計數(shù)器預(yù)置為N，吞脈沖計數(shù)器預(yù)置為，吞脈沖計數(shù)器預(yù)置為A。在。在雙模分頻雙模分頻器器輸出脈沖同時加到兩計數(shù)器上作為輸出脈沖同時加到兩計數(shù)器上作為CP時時兩計數(shù)器兩計數(shù)器同時計同時計數(shù)（減法）。數(shù)（減法）。22在一個計數(shù)周期內(nèi)，總計脈沖量為：在一個計數(shù)周期內(nèi)，總計脈沖量為：APNANPAPn)() 1(l繼續(xù)輸入脈沖，輔助計算器停止工作，主分頻器繼續(xù)從繼續(xù)輸入脈沖，輔助計算器停止工作，主分頻器繼續(xù)從（NA）作減法計數(shù)）作減法計數(shù)，直到再輸入（直到再輸入（NA）P個個VCO脈沖脈沖后，主計數(shù)器計到零后，主計數(shù)

25、器計到零，此時主計數(shù)器輸出一個脈沖去鑒相器此時主計數(shù)器輸出一個脈沖去鑒相器，而而模式控制電路重新恢復(fù)高電平，雙模分頻器恢復(fù)模式控制電路重新恢復(fù)高電平，雙模分頻器恢復(fù)（P+1）分頻比，各部件進入第二個計數(shù)周期。分頻比，各部件進入第二個計數(shù)周期。l雙模分頻器輸出雙模分頻器輸出A個脈沖，即輸入（個脈沖，即輸入（P1）A個脈沖個脈沖時，輔助計數(shù)器減到零，時，輔助計數(shù)器減到零，使模式控制電路輸出電平降使模式控制電路輸出電平降為低電平，雙模分頻器分頻比變?yōu)闉榈碗娖剑p模分頻器分頻比變?yōu)镻。23頻率合成器的輸出頻率頻率合成器的輸出頻率p 由于每個工作周期才輸出一個脈沖給鑒相器，由于每個工作周期才輸出一個脈沖

26、給鑒相器，n即為吞脈即為吞脈沖分頻器的分頻比，沖分頻器的分頻比，于是于是00rfffPNAp 采用吞脈沖分頻器構(gòu)成頻率合成器時，其最小頻率間隔可以做采用吞脈沖分頻器構(gòu)成頻率合成器時，其最小頻率間隔可以做到等于到等于 ，而輸出頻率，而輸出頻率 則為：則為：orff ofrofAPNfAPNf)()(0p 頻率分辨力仍為頻率分辨力仍為 ，環(huán)路頻率轉(zhuǎn)換時間沒有變化。這是因，環(huán)路頻率轉(zhuǎn)換時間沒有變化。這是因為上式中有和項（為上式中有和項（A為分頻比的個位）為分頻比的個位） 。rfAPNffn1100吞脈沖頻率合成器達到了兩個目的：一是只有雙模分頻器工作吞脈沖頻率合成器達到了兩個目的：一是只有雙模分頻器

27、工作在高速，可編程計數(shù)器工作速度比之低在高速，可編程計數(shù)器工作速度比之低P倍。二是倍。二是VCO輸出頻輸出頻率提高了，但頻率分辨力不變。率提高了，但頻率分辨力不變。24rofAPNfAPNf)()(0鑒相鑒相VCO低通低通Rqfrfof晶振晶振雙模前置雙模前置分頻器分頻器PP/ ) 1(主計數(shù)器主計數(shù)器N輔助計數(shù)輔助計數(shù)器器 A模式控制模式控制SR參考分頻器參考分頻器頻道選擇頻道選擇頻道選擇頻道選擇of返回25PD1LF1VCO1可變N1if100（-）PD3LF3VCO3ifN11fifN2of1001001002121iiiofNNfNfNfPD2LF2VCO2可變N2頻率間隔為頻率間隔為

28、fi/10012ffNfio26p 輸出頻率：輸出頻率：1、先根據(jù)、先根據(jù)環(huán)路鎖定時輸入至鑒相器的兩個信號的頻率相環(huán)路鎖定時輸入至鑒相器的兩個信號的頻率相等的特點等的特點，列出每個，列出每個VCO的輸出頻率的表示式的輸出頻率的表示式2、根據(jù)框圖的連接關(guān)系，將各未知量代入。、根據(jù)框圖的連接關(guān)系，將各未知量代入。p 頻率分辨力：頻率分辨力：分辨力即為兩個頻率之間的最小間隔，因此只需找出輸分辨力即為兩個頻率之間的最小間隔，因此只需找出輸出頻率表示式中出頻率表示式中可變分頻器分頻比逐可變分頻器分頻比逐1變化引起的最小頻變化引起的最小頻率增量，率增量，便是該頻率合成器的頻率分辨力。便是該頻率合成器的頻率

29、分辨力。2728鑒頻鑒相器波形鑒頻鑒相器波形o 145152鑒頻鑒相器波形鑒頻鑒相器波形n哪個頻率高或相哪個頻率高或相位超前，相應(yīng)的位超前，相應(yīng)的鑒相器輸出端就鑒相器輸出端就輸出負脈沖，為輸出負脈沖，為低電平，另一端低電平，另一端則為高電平。則為高電平。n鎖定時鑒相器兩鎖定時鑒相器兩個輸出端均為高個輸出端均為高電平。鎖定指示電平。鎖定指示也為高電平。也為高電平。2930三線控制的頻率合成器芯片三線控制的頻率合成器芯片（SPI接口）接口）西門子手機芯片西門子手機芯片PMB2307RPMB2307R雙模分頻器出雙模分頻器出31VCO雙模分頻器雙模分頻器單片機控制單片機控制32舉例舉例1 1：舉例舉

30、例1：若含吞脈沖分頻器的鎖相頻率合成器，其雙模分頻器的若含吞脈沖分頻器的鎖相頻率合成器，其雙模分頻器的分頻數(shù)為分頻數(shù)為41/40，主計數(shù)器的，主計數(shù)器的N=31023，輔助計數(shù)器，輔助計數(shù)器的的A=3127，已知參考頻率，已知參考頻率 ，要使輸出頻，要使輸出頻率率 ，兩計數(shù)器，兩計數(shù)器N和和A應(yīng)預(yù)置于何值？應(yīng)預(yù)置于何值？該頻率合成器的工作范圍是多少？該頻率合成器的工作范圍是多少？KHzfr5MHzf550.136033 可得出合成器環(huán)路分頻器的分頻數(shù)應(yīng)為：可得出合成器環(huán)路分頻器的分頻數(shù)應(yīng)為：ofrf273105136550000ffffnrof27310 = 40N + AMHzffKHzff

31、roro235.205)127102340()(615)3340()(maxmin頻率點數(shù)：頻率點數(shù)：4萬多。萬多。解解：由由先忽略先忽略A，求得：，求得：N = 27310/40 = 682.75，取，取N = 682則余數(shù)則余數(shù)A值為：值為：A = 27310 - 40682 = 30或或即當(dāng)即當(dāng) = 5kHz時，將時，將N、A兩計數(shù)器分別置于兩計數(shù)器分別置于N = 682和和A = 30，即可使輸出頻率，即可使輸出頻率 = 136.550MHz。范圍：范圍：N=31023 , A=3127PANpnnPNA34利用實驗室現(xiàn)有器材，設(shè)計一個滿足以下性能要求的用于利用實驗室現(xiàn)有器材，設(shè)計一個

32、滿足以下性能要求的用于某移動通信設(shè)備的鎖相頻率合成器，試畫出框圖。某移動通信設(shè)備的鎖相頻率合成器，試畫出框圖。 1 1、性能要求：、性能要求：n 工作頻率范圍工作頻率范圍880.4924.4（MHz）n 信道間隔信道間隔100KHz 100KHz n 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度1 11010-5-5 2 2、實驗室現(xiàn)有器材清單：、實驗室現(xiàn)有器材清單：n VCO，頻率調(diào)諧范圍，頻率調(diào)諧范圍n 鑒頻鑒頻/鑒相器，最高工作頻率鑒相器，最高工作頻率MHzn 吞脈沖頻率合成器芯片吞脈沖頻率合成器芯片MC145152 3510MHz、12.8MHz、52MHz晶振，頻率穩(wěn)定度均為晶振，頻率穩(wěn)定度均為10-640

33、/41雙模分頻器雙模分頻器 可編程分頻器，最高工作頻率可編程分頻器，最高工作頻率 35MHz 電感、電容、電阻、及運放可組成各種帶通、低通濾波器電感、電容、電阻、及運放可組成各種帶通、低通濾波器 1GHz內(nèi)的混頻器內(nèi)的混頻器 各種分頻器、倍頻器各種分頻器、倍頻器難點：難點：1、VCO可變頻率范圍不夠可變頻率范圍不夠 2、可編程分頻器，最高工作頻率低（、可編程分頻器，最高工作頻率低（VCO輸出必須輸出必須 降頻后降頻后 才能與之相聯(lián)）。才能與之相聯(lián)）。36吞脈沖鎖相和倍頻器相結(jié)合吞脈沖鎖相和倍頻器相結(jié)合 采用吞脈沖鎖相頻率合成器和倍頻器相結(jié)合的方案。即用采用吞脈沖鎖相頻率合成器和倍頻器相結(jié)合的方

34、案。即用12.8MHz12.8MHz晶體、晶體、MC145152芯片和芯片和40/41雙模前置分頻器組成雙模前置分頻器組成輸出輸出頻率為頻率為220.1231.1MHz的鎖相頻率合成器的鎖相頻率合成器, ,然后在然后在VCO輸出端加輸出端加接接4 4倍頻器倍頻器, ,如圖如圖 (a)所示所示,則則圖圖 (a)R R 分 頻 器 的 分 頻 比分 頻 器 的 分 頻 比12.8106/25103=5123880.4924.44108804 9244rnPNAfPANpn取整數(shù)取整數(shù)N=220231A：039KHzKHzfr2541004APNffrout37 方案方案2 2 下變頻器和倍頻器相結(jié)

35、合（下變頻器和倍頻器相結(jié)合（見指導(dǎo)書見指導(dǎo)書p429）圖（圖（b)4208 Nffrout38 方案方案3 3固定前置分頻和上變頻器相結(jié)合（固定前置分頻和上變頻器相結(jié)合（見指導(dǎo)書見指導(dǎo)書p429）o 固定前置分頻器和上變頻器相結(jié)合固定前置分頻器和上變頻器相結(jié)合圖（圖（ ）61062410routNffN=25643004 39p 基于全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形。基本基于全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形?；舅悸肥前匆欢ǖ臅r鐘節(jié)拍從存有波形函數(shù)表的思路是按一定的時鐘節(jié)拍從存有波形函數(shù)表的ROM中讀出與相中讀出與相位對應(yīng)的代表波形幅值的二進制數(shù)，經(jīng)過位對應(yīng)的代表波形幅值的

36、二進制數(shù)，經(jīng)過D/A變換和低通濾波，變換和低通濾波，得到所需的模擬波形。得到所需的模擬波形。 p 主要優(yōu)點：相位連續(xù)；分辨力高（可達主要優(yōu)點：相位連續(xù)；分辨力高（可達0.001Hz）；工作頻率）；工作頻率范圍寬，容易做到極低的頻率；轉(zhuǎn)換頻率的時間短（幾乎是即時范圍寬，容易做到極低的頻率；轉(zhuǎn)換頻率的時間短（幾乎是即時的頻率轉(zhuǎn)換），以及成本低、控制靈活等。的頻率轉(zhuǎn)換），以及成本低、控制靈活等。p 主要缺點：輸出頻率上限不太高，受限于器件可用的最高時主要缺點：輸出頻率上限不太高，受限于器件可用的最高時鐘頻率；總輸出噪聲電平較高。鐘頻率；總輸出噪聲電平較高。（Direct Digtial Freque

37、ncy Synthesis簡稱簡稱DDFS或或DDS）是近年來發(fā)展起來的一種將先進的數(shù)字處理理論與方法引入信號是近年來發(fā)展起來的一種將先進的數(shù)字處理理論與方法引入信號合成領(lǐng)域的一項新技術(shù)（第三代頻率合成）。合成領(lǐng)域的一項新技術(shù)（第三代頻率合成）。40頻率頻率控制字控制字時時 鐘鐘相相 位位累加器累加器只只 讀讀存儲器存儲器數(shù)數(shù) 模模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器濾波器濾波器K信號輸出信號輸出 參考時鐘由個高穩(wěn)定的晶體振蕩器產(chǎn)生。相位累加器由參考時鐘由個高穩(wěn)定的晶體振蕩器產(chǎn)生。相位累加器由N位加位加法器與法器與N位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成。相位累加器的位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成。相位累加器的N位輸入稱為頻率位輸入稱為頻率控制字控制字K， K為每次累加器累加的相位增量為每次累加器累加的相位增量 。41p 相位