第6章頻率合成ppt課件

1、第6章頻率合成 第第6章章 頻率合成頻率合成 6.1 基本概念基本概念 6.2 頻率合成的基本方法頻率合成的基本方法6.3 鎖相環(huán)基本原理鎖相環(huán)基本原理6.4 鎖相環(huán)典型產(chǎn)品鎖相環(huán)典型產(chǎn)品6.5 鎖相頻率合成器鎖相頻率合成器6.6 直接數(shù)字頻率合成器直接數(shù)字頻率合成器第6章頻率合成 6.1 基本概念基本概念 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)1工作頻率范圍工作頻率范圍 指頻率合成器輸出的最低頻率指頻率合成器輸出的最低頻率fomin和最高頻率和最高頻率fomax之間的變化范圍之間的變化范圍頻率合成技術(shù)即利用一個(gè)高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)或參考頻率合成技術(shù)即利用一個(gè)高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)或參考頻率源如晶

2、振合成出大量具有相同性能的離散頻率源如晶振合成出大量具有相同性能的離散頻率。頻率。第6章頻率合成 2、頻率間隔頻率分辨率）、頻率間隔頻率分辨率） 指兩個(gè)相鄰頻率或信道之間的最指兩個(gè)相鄰頻率或信道之間的最小間隔，又稱為分辨率或頻道步進(jìn)間小間隔，又稱為分辨率或頻道步進(jìn)間隔。不同用途的頻率合成器，對(duì)頻率隔。不同用途的頻率合成器，對(duì)頻率間隔的要求是不相同的。間隔的要求是不相同的。 3、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間越小越好） 指頻率合成器從某一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻率，并達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間。與頻率合成電路形式有關(guān)，約為參考信號(hào)周期的25倍，即ts=25/fr第6章頻率合成 4、頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度：規(guī)定時(shí)間內(nèi)頻

3、率合成器輸出頻率偏離標(biāo)稱值的程度。頻率準(zhǔn)確度：實(shí)際工作頻率與其標(biāo)稱值之間的偏差。頻率合成器的頻穩(wěn)度取決于參考頻率的頻穩(wěn)度。5 5、頻譜純度、頻譜純度 指頻率合成器輸出信號(hào)接近正弦波的程度指頻率合成器輸出信號(hào)接近正弦波的程度第6章頻率合成 6.2 6.2 頻率合成的基本方法頻率合成的基本方法直接頻率合成法直接頻率合成法 采用一個(gè)M和N均可改變的倍頻器與分頻器以及相應(yīng)的混頻器組成。產(chǎn)生頻率間隔為fr/N的M個(gè)離散頻率。倍頻器倍頻器M分頻器分頻器N混頻器混頻器+qfrfoqrMfffN 第6章頻率合成 鎖相頻率合成法單環(huán)）鎖相頻率合成法單環(huán)）當(dāng)環(huán)路鎖鎖定時(shí)，當(dāng)環(huán)路鎖鎖定時(shí)，PD的二個(gè)輸入頻率相等，即

4、的二個(gè)輸入頻率相等，即fd=fr 改變改變N值，可輸出一系列頻率，其最小間隔為值，可輸出一系列頻率，其最小間隔為fr顯然，頻率合成器的分辨率為參考頻率顯然，頻率合成器的分辨率為參考頻率frfr環(huán)路濾波器LF壓控振蕩器(VCO)VBfoVC相位檢波器(PD)Nfdf0 NfrodffNofNf第6章頻率合成 單環(huán)鎖相頻率合成器存在的問(wèn)題：?jiǎn)苇h(huán)鎖相頻率合成器存在的問(wèn)題：1、不能滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)中高的頻率分辨率與低、不能滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)中高的頻率分辨率與低 的轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求。的轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求。2、不能滿足寬的輸出頻率覆蓋范圍和高的頻率分、不能滿足寬的輸出頻率覆蓋范圍和高的頻率分 辨率的要求。辨率的要

5、求。 因而，單環(huán)鎖相頻率合成器中，提高頻率分因而，單環(huán)鎖相頻率合成器中，提高頻率分 辨率和環(huán)路性能是矛盾的。辨率和環(huán)路性能是矛盾的。第6章頻率合成 直接數(shù)字頻率合成器直接數(shù)字頻率合成器DDS 直接數(shù)字式頻率合成器將先進(jìn)的數(shù)字處理理論與方法引入頻率合成的一項(xiàng)新技術(shù)。將正弦波的M個(gè)樣品儲(chǔ)存在高速存儲(chǔ)器中，以查表的方式按均勻的速率將樣品輸入到高速 D/A轉(zhuǎn)換器，變換成所設(shè)定頻率的正弦波信號(hào)。 第6章頻率合成 相位累加器NCOROMDACLF頻率控制字KfcDDS的組成框圖的組成框圖第6章頻率合成 鎖相與鎖相與DDS頻率合成法的特點(diǎn)：頻率合成法的特點(diǎn)：鎖相頻率鎖相頻率合成法：合成法： 成本低，控制靈敏

6、，切換方便，波成本低，控制靈敏，切換方便，波段覆蓋范圍寬，可廣泛應(yīng)用。但是段覆蓋范圍寬，可廣泛應(yīng)用。但是換頻時(shí)間長(zhǎng)，分辨率低。換頻時(shí)間長(zhǎng)，分辨率低。DDS合成法：合成法：分辨率高，控制頻率切換方便，換分辨率高，控制頻率切換方便，換頻速度快。但是輸頻速度快。但是輸 出頻率低，輸出頻率低，輸出噪聲高，且依賴于高速集成電路出噪聲高，且依賴于高速集成電路的發(fā)展。的發(fā)展。第6章頻率合成 6.3 鎖相環(huán)基本原理鎖相環(huán)基本原理1、工作原理、工作原理 鎖相環(huán)PLL是一個(gè)相位反饋控制系統(tǒng)。它由鑒相器PD(Phase Detector)、環(huán)路濾波器LF(Loop Filter)和壓控振蕩器VCO(Voltage

7、Controlled Oscillator)三個(gè)基本部件組成。參 考 信 號(hào)PDur(t)LFud(t)VCOuc(t)uo(t)輸 出 信 號(hào)第6章頻率合成 PLL與頻率反饋系統(tǒng)與頻率反饋系統(tǒng)AFC的區(qū)別的區(qū)別PLL利用相位誤差信號(hào)控制利用相位誤差信號(hào)控制VCO的頻率，使輸出的頻率，使輸出信號(hào)的相位鎖定或跟蹤輸入信號(hào)的相位變化。信號(hào)的相位鎖定或跟蹤輸入信號(hào)的相位變化。鎖相環(huán)：鎖定時(shí)，相位差盡可能小。鎖相環(huán)：鎖定時(shí)，相位差盡可能小。 AFC：輸出信號(hào)跟蹤輸入信號(hào)頻率變化，控制結(jié)：輸出信號(hào)跟蹤輸入信號(hào)頻率變化，控制結(jié) 果使二信號(hào)之間的頻率差盡可能小。果使二信號(hào)之間的頻率差盡可能小。因而，只要有頻

8、差，就存在無(wú)限增長(zhǎng)的相位差，因而，只要有頻差，就存在無(wú)限增長(zhǎng)的相位差， 而在相位差固定時(shí)，頻差則為零。而在相位差固定時(shí)，頻差則為零。顯然，顯然，PLL優(yōu)于優(yōu)于AFC第6章頻率合成 設(shè)輸入?yún)⒖夹盘?hào)為：( )sin( )rrrru tUtt輸出信號(hào)為：輸出信號(hào)為：( )cos( )oooou tUtt兩信號(hào)之間的瞬時(shí)相差為：兩信號(hào)之間的瞬時(shí)相差為：0000( )()( )()( )crrrrtttttt輸入初始相位為常數(shù)，兩信號(hào)之間的瞬時(shí)頻差為：輸入初始相位為常數(shù)，兩信號(hào)之間的瞬時(shí)頻差為：00( )( )erdtdtdtdt第6章頻率合成 鎖定后，兩信號(hào)之間的相位差為一固定的穩(wěn)態(tài)值，鎖定后，兩信號(hào)

9、之間的相位差為一固定的穩(wěn)態(tài)值，稱為剩余相差。即：稱為剩余相差。即：剩余相差為常數(shù)是相位鎖定的標(biāo)志剩余相差為常數(shù)是相位鎖定的標(biāo)志( )lim0etdtdt 那么，輸出信號(hào)的頻率已偏離了原來(lái)的自由振蕩頻那么，輸出信號(hào)的頻率已偏離了原來(lái)的自由振蕩頻率率0(控制電壓控制電壓uc(t)=0時(shí)的頻率時(shí)的頻率),其偏移量為：其偏移量為： 00( )rdtdt這時(shí)輸出信號(hào)的工作頻率等于輸入頻率，為：這時(shí)輸出信號(hào)的工作頻率等于輸入頻率，為：00( )( )ccrddtttdtdt第6章頻率合成 2、PLL的相位模型和環(huán)路方程的相位模型和環(huán)路方程鑒相器輸出電壓與輸入相位差可以是余弦、正弦或鑒相器輸出電壓與輸入相位

10、差可以是余弦、正弦或線性的關(guān)系。線性的關(guān)系。 PD的數(shù)學(xué)模型正弦特性時(shí)）：的數(shù)學(xué)模型正弦特性時(shí)）：1(t)2(t)e(t)Udsin()Udsine(t)1(t)e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)1(t)e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)第6章頻率合成 2 2 3220322e(t)Ud(t) 正弦鑒相器的鑒相特性正弦鑒相器的鑒相特性第6章頻率合成 F(p)uc(t)ud(t)(a)F(s)uc(s)ud(s)(b)環(huán)路濾波器：濾除環(huán)路濾波器：濾除PD輸出誤差電壓輸出誤差電壓Udt的高的高 頻成分和噪聲，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性頻成分和噪聲，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性 (a)時(shí)域模型時(shí)域模型 (

11、b)頻域模型頻域模型環(huán)路濾波器一般是低通電路，由線性元件組成環(huán)路濾波器一般是低通電路，由線性元件組成第6章頻率合成 壓控振蕩器特性：壓控振蕩器特性： VCO是振是振蕩頻率受控制電壓蕩頻率受控制電壓Uct控控制的振蕩器。即：制的振蕩器。即：Ko是特性曲線斜率，表示單是特性曲線斜率，表示單位控制電壓可使位控制電壓可使VCO角頻率變角頻率變化的數(shù)值，又稱為壓控靈敏度化的數(shù)值，又稱為壓控靈敏度或增益系數(shù)，單位為或增益系數(shù)，單位為rad/Vs。由于由于VCO的輸出對(duì)鑒相器起作的輸出對(duì)鑒相器起作用的不是瞬時(shí)角頻率而是它的用的不是瞬時(shí)角頻率而是它的瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位,即：即：pK0uc(t)2(t)(a)sK

12、0uc(s)2(s)(b)0( )( )vdctkut0( )( )vdctk u t0( )( )vdctk u t00( )( )vctk ut0000( )( )ttvct dttku t dt第6章頻率合成 VCO的輸出相位：的輸出相位：可見(jiàn)，可見(jiàn)，VCO在鎖相環(huán)路中起了一次理想積分在鎖相環(huán)路中起了一次理想積分作用，也稱它為環(huán)路中的固有積分環(huán)節(jié)。作用，也稱它為環(huán)路中的固有積分環(huán)節(jié)。用微分算子表示的數(shù)學(xué)模型為：用微分算子表示的數(shù)學(xué)模型為：pK0uc(t)2(t)(a)sK0uc(s)2(s)(b)200( )( )tctkut dt第6章頻率合成 環(huán)路的相位模型和方程環(huán)路的相位模型和方程

13、PLL的數(shù)學(xué)模型：的數(shù)學(xué)模型：PLL環(huán)路方程：環(huán)路方程：S +KdKoF(s)Sin =S即：瞬時(shí)角頻差控制角頻差輸入固有角頻差即：瞬時(shí)角頻差控制角頻差輸入固有角頻差1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)1(s)e(s)KsK2(s)F(s)2(s)1(s)e(s)KsK2(s)F (s)2(s)1(t)e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)第6章頻率合成 瞬

14、時(shí)角頻差：瞬時(shí)相差隨時(shí)間變化率。表示瞬時(shí)角頻差：瞬時(shí)相差隨時(shí)間變化率。表示VCO振蕩角頻率偏離輸入信號(hào)角頻率的數(shù)振蕩角頻率偏離輸入信號(hào)角頻率的數(shù)值。值?？刂平穷l差：表示控制角頻差：表示VCO在控制電壓在控制電壓Uct作用下，產(chǎn)生的振蕩角頻率偏離作用下，產(chǎn)生的振蕩角頻率偏離Wo的數(shù)值。的數(shù)值。輸入固有角頻差：輸入信號(hào)相位隨時(shí)間的變輸入固有角頻差：輸入信號(hào)相位隨時(shí)間的變化率。表示輸入信號(hào)角頻率偏離化率。表示輸入信號(hào)角頻率偏離VCO的的Wo 的數(shù)值。的數(shù)值。第6章頻率合成 PLL相位鎖定的矢量分析相位鎖定的矢量分析環(huán)路的輸入及輸出信號(hào)用矢量分別表示為環(huán)路的輸入及輸出信號(hào)用矢量分別表示為 Uo和和Ui

15、，它們分別以它們分別以 和和 i速度繞速度繞O點(diǎn)反時(shí)針旋轉(zhuǎn)。點(diǎn)反時(shí)針旋轉(zhuǎn)。若環(huán)路閉合前，若環(huán)路閉合前， i ，則，則Ui比比Uo旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)快快存在相位差存在相位差 ,且是時(shí)間的增長(zhǎng)函數(shù)。且是時(shí)間的增長(zhǎng)函數(shù)。環(huán)路閉合后，此相位差電壓將對(duì)環(huán)路閉合后，此相位差電壓將對(duì)VCO的頻率加以控制，使的頻率加以控制，使Uo的旋的旋轉(zhuǎn)速度加快，以趕上輸入矢量的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速度加快，以趕上輸入矢量的旋轉(zhuǎn)。0( )( )vdctk u t0( )( )vdctk u t0( )( )vdctk u t0( )( )vdctk u t0( )( )vdctk u t00( )sin( ) ( )edeptK Ut F p

16、UiUo第6章頻率合成 當(dāng)二個(gè)矢量達(dá)到等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，二個(gè)頻率相等，則當(dāng)二個(gè)矢量達(dá)到等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，二個(gè)頻率相等，則相位誤差的變化必滿足：相位誤差的變化必滿足： d /dt =0 或或 2n0 這是相位鎖定的數(shù)學(xué)含義這是相位鎖定的數(shù)學(xué)含義此時(shí)此時(shí) 為常數(shù)，一般用為常數(shù)，一般用 或或 表示表示稱剩余相差或穩(wěn)態(tài)相差。稱剩余相差或穩(wěn)態(tài)相差。若不滿足以上關(guān)系式，稱環(huán)路處于失鎖狀態(tài)若不滿足以上關(guān)系式，稱環(huán)路處于失鎖狀態(tài) 。00( )sin( ) ( )edeptK Ut F p lim( )0etpt00( )sin( ) ( )edeptK Ut F p 0000sin( ) ( 0)vderK UF j 0

17、000sin( ) ( 0)vderK UF j 0000s i n()(0 )vderKUFj0000sin( ) ( 0)vderK UF j 第6章頻率合成 PLL的捕捉與同步跟蹤概念的捕捉與同步跟蹤概念鎖定是在由穩(wěn)態(tài)相差鎖定是在由穩(wěn)態(tài)相差e()產(chǎn)生的直流控制電壓作產(chǎn)生的直流控制電壓作用下，強(qiáng)制使用下，強(qiáng)制使VCO的振蕩角頻率的振蕩角頻率v相對(duì)于相對(duì)于0偏移偏移了了0而與參考角頻率而與參考角頻率r相等的結(jié)果。相等的結(jié)果。（1捕捉過(guò)程捕捉過(guò)程設(shè)起始設(shè)起始 tto時(shí)，是失鎖的，從時(shí)，是失鎖的，從to時(shí)刻開始，到時(shí)刻開始，到ta 時(shí)時(shí)刻，滿足工程上允許的頻差或相差，就可認(rèn)為鎖定刻，滿足工程上允

18、許的頻差或相差，就可認(rèn)為鎖定由由to到到ta的相位調(diào)節(jié)過(guò)程是環(huán)路的捕捉過(guò)程。的相位調(diào)節(jié)過(guò)程是環(huán)路的捕捉過(guò)程。第6章頻率合成 評(píng)價(jià)捕捉過(guò)程的性能指標(biāo)評(píng)價(jià)捕捉過(guò)程的性能指標(biāo)環(huán)路的捕捉時(shí)間：環(huán)路的捕捉時(shí)間：Tp=ta-toTp與環(huán)路初始狀態(tài)及環(huán)路自身的調(diào)節(jié)能力有關(guān)與環(huán)路初始狀態(tài)及環(huán)路自身的調(diào)節(jié)能力有關(guān)捕捉帶：捕捉帶： 是環(huán)路能獲得鎖定的最大固有起始頻差是環(huán)路能獲得鎖定的最大固有起始頻差當(dāng)起始固有頻差大于捕捉帶時(shí)，環(huán)路不可能進(jìn)入鎖當(dāng)起始固有頻差大于捕捉帶時(shí)，環(huán)路不可能進(jìn)入鎖定。即輸入頻率與定。即輸入頻率與VCO的的Wo之間相差太大，超出之間相差太大，超出捕捉帶范圍，環(huán)路就失鎖。捕捉帶范圍，環(huán)路就失鎖。

19、0maxp 0maxp 第6章頻率合成 （2同步過(guò)程同步過(guò)程設(shè)起始設(shè)起始t K0時(shí)，時(shí)， 無(wú)解。所以，能維持環(huán)路鎖定所允無(wú)解。所以，能維持環(huán)路鎖定所允 許的最大許的最大WoK0， 即：即：WHK0 ，且，且Wo固固定定 時(shí)，環(huán)路增益越大，捕捉時(shí)間越短，同步帶越大。時(shí)，環(huán)路增益越大，捕捉時(shí)間越短，同步帶越大。0000sin( ) ( 0)vderK UF j 0000sin ( ) ( 0)vderKUF j0000sin ( ) ( 0)vderKUF j 第6章頻率合成 理想鑒相器的輸出電壓與二個(gè)輸入信號(hào)的相位差成正比。 模擬鑒相器：輸入可以是各種模擬信號(hào)，適用于模擬鎖相 環(huán)。較多用于鎖相解

20、調(diào)。數(shù)字鑒相器：輸入必須是數(shù)字信號(hào)，適用于數(shù)字鎖相環(huán)，鑒 相靈敏度比模擬 PD高。較多用于頻率合成器。（1模擬鑒相器： 由模擬乘法器和低通電路構(gòu)成。如下圖：ui(t)uo(t)LPFud(t)鑒相器鑒相器PD）PLL各部分電路各部分電路第6章頻率合成 設(shè)鑒相器輸入信號(hào)ui就是參考信號(hào)ur ，VCO的輸出信號(hào)頻率為0 那么： uo(t)=Uocos0t+2(t) ur(t)=Urcosrt+ 1(t) 將uo(t)與ur(t)相乘，環(huán)路鎖定（ r= 0時(shí)可得： u(t)=（1/2)KUoUrcos(1(t)2(t)+cos(20t+1(t) +2(t)經(jīng)低通濾波器濾除20分量，可得 ud(t)=

21、KdF(0) cos1(t)-2(t)=KdF(0) cose(t)顯然，模擬鑒相器是余弦鑒相特性P132圖6.10）第6章頻率合成 （2數(shù)字鑒相器數(shù)字鑒相器常用異或門、常用異或門、R-S觸發(fā)器及邊沿觸發(fā)等觸發(fā)器及邊沿觸發(fā)等組成數(shù)字鑒相器。組成數(shù)字鑒相器。教材教材P133圖圖6.11的數(shù)字鑒相器的數(shù)字鑒相器第6章頻率合成 環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器(LF) 環(huán)路濾波器是一個(gè)線性低通濾波器,用來(lái)濾除誤差電壓ud(t)中的高頻分量和噪聲，它對(duì)環(huán)路性能捕捉范圍、鎖定時(shí)間等有較大影響。環(huán)路濾波器的常用形式： 1)RC積分濾波器P135圖6.16） 是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的低通濾波器。2RC比例積分濾波器P136圖6.

22、17） 與RC積分濾波器相比,它附加了一個(gè)與電容串聯(lián)的電阻3有源比例積分濾波器P137圖6.18）第6章頻率合成 壓控振蕩器壓控振蕩器(VCO) 壓控振蕩器是一個(gè)電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路。（1分立元件VCO：由變?nèi)莨芸刂频娜c(diǎn)式振蕩器組成。變?nèi)荻O管：利用二極管反向偏置時(shí)，勢(shì)壘電容隨外加電 壓變化而變化的一種器件。變?nèi)莨茈娙軨j為： Cj0是偏置為0時(shí)的電容外加電壓VD0 VB是勢(shì)壘電位一般0.5伏），n是變?nèi)葜笖?shù)由工藝決定）變?nèi)莨茏鳛橹C振回路電容的一部分或全部構(gòu)成的振蕩器就是VCOP134圖6.13、 6.14） 0(1)jjDnBCCVV第6章頻率合成 實(shí)際變?nèi)莨軐?shí)際變?nèi)莨躒CO電路電路變?nèi)莨荏w

23、積小，工作頻率高，所需控制電壓功率小，變?nèi)莨荏w積小，工作頻率高，所需控制電壓功率小，小頻偏時(shí)非線性失真小，易獲得較大的頻偏。小頻偏時(shí)非線性失真小，易獲得較大的頻偏。但大頻偏時(shí)，非線性失真大但大頻偏時(shí)，非線性失真大第6章頻率合成 （2集成壓控振蕩器集成壓控振蕩器常用的集成常用的集成VCO有：有：LM566、5G8038、XR2206、 MC1648等等 LM566：低頻壓控振蕩器：低頻壓控振蕩器8腳），用于調(diào)頻或腳），用于調(diào)頻或FSK調(diào)制。調(diào)制。MC1648：可方便地組成：可方便地組成225MHz以內(nèi)的壓控振蕩器。以內(nèi)的壓控振蕩器。XR2206：可用于：可用于FSK調(diào)制。調(diào)制。5G 8038：函

24、數(shù)發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波和非正弦波，：函數(shù)發(fā)生器，可產(chǎn)生正弦波和非正弦波，頻率受電頻率受電 壓控制。壓控制。集成集成VCO頻率控制范圍寬，壓控線性好，但工作頻頻率控制范圍寬，壓控線性好，但工作頻率低，噪率低，噪聲大，在要求高的頻率合成器中，大多采用分立元聲大，在要求高的頻率合成器中，大多采用分立元件件VCO。第6章頻率合成 （3VCO的主要性能指標(biāo)：的主要性能指標(biāo)：A、頻率范圍：、頻率范圍：VCO受控可變的最高頻率受控可變的最高頻率fmax與最與最低頻率低頻率 fmin之差。之差。B、線性度：實(shí)際控制特性相對(duì)于理想線性控制的、線性度：實(shí)際控制特性相對(duì)于理想線性控制的偏移。理偏移。理 想的想的VC

25、O特性應(yīng)是線性的。特性應(yīng)是線性的。C、壓控靈敏度、壓控靈敏度Ko：?jiǎn)挝豢刂齐妷核a(chǎn)生的頻率變：?jiǎn)挝豢刂齐妷核a(chǎn)生的頻率變化量?；?。D、調(diào)制帶寬：允許控制電壓的最大速率。、調(diào)制帶寬：允許控制電壓的最大速率。E、工作電壓：、工作電壓：VCO的控制電壓和工作電壓都應(yīng)在的控制電壓和工作電壓都應(yīng)在系統(tǒng)所提系統(tǒng)所提 供的電源電壓范圍內(nèi)。供的電源電壓范圍內(nèi)。F、噪聲：影響頻譜純度。、噪聲：影響頻譜純度。第6章頻率合成 6.4 鎖相環(huán)典型產(chǎn)品鎖相環(huán)典型產(chǎn)品CD4046MC14046、F4046、SCL4046等）等）4046是低功耗是低功耗CMOS多功能單片數(shù)字鎖相環(huán)，低多功能單片數(shù)字鎖相環(huán)，低通濾波器需外

26、接。通濾波器需外接。5腳為禁止端：腳為禁止端：“1”：VCO停振停振“0”：PLL工作工作VCO頻率由頻率由C1、R1、R2可?。┛墒。┐_定確定R3、C2構(gòu)成低通濾波構(gòu)成低通濾波R1輸入輸入2A1PD1PD2+ A2 VCO14162131910346711125815輸入輸入1C1R2R3C2解調(diào)輸出解調(diào)輸出第6章頻率合成 低頻鎖相環(huán)低頻鎖相環(huán)LM565NE565等）等）最高頻率最高頻率500KHz，fo=0.3/R1C1，一般，一般R1取取4K。電源電壓：電源電壓：6V-12VPD放大器放大器VCO123548976VCCIN+INVCO出出R1VccC1VEECF解調(diào)輸出解調(diào)輸出基準(zhǔn)輸出

27、基準(zhǔn)輸出第6章頻率合成 高頻鎖相環(huán)高頻鎖相環(huán)LM562NE562、SE562等）等）最高頻率：最高頻率：30MHZ，16-30V單電源供電，單電源供電，外接元件少外接元件少121115516 16 14CrCxE0.0113L562289340.1Cc0.1參考輸入CB1 k0.10.1CcT216(N)E10.1C010 kVCO輸出12 kPD12111#2#152#信號(hào)輸入反饋2輸入1#34VCO 1#輸出2#E1614A3A1VCO1310Cr56偏 壓參考源限幅器78A2去加重環(huán)路濾波器 LF9解調(diào)輸出 E或地(a)(b)1 k1.5 k1562內(nèi)部框圖內(nèi)部框圖 第6章頻率合成 采用

28、采用562和計(jì)數(shù)器構(gòu)成鎖相頻率合成器和計(jì)數(shù)器構(gòu)成鎖相頻率合成器121115516 16 14CrCxE0.0113L562289340.1Cc0.1參考輸入CB1 k0.10.1CcT216(N)E10.1C010 kVCO輸出12 kPD12111#2#152#信號(hào)輸入反饋2輸入1#34VCO 1#輸出2#E1614A3A1VCO1310Cr56偏 壓參考源限幅器78A2去加重環(huán)路濾波器 LF9解調(diào)輸出 E或地(a)(b)1 k1.5 k1第6章頻率合成 6.5 鎖相頻率合成器鎖相頻率合成器1、可變分頻器、可變分頻器 鎖相頻率合成法中，除鎖相環(huán)外，另一個(gè)重要部件是可變分鎖相頻率合成法中，除鎖

29、相環(huán)外，另一個(gè)重要部件是可變分頻器，又稱程序分頻器，它的分頻比可由外接程序編碼控頻器，又稱程序分頻器，它的分頻比可由外接程序編碼控制，在一定的整數(shù)范圍內(nèi)變化。制，在一定的整數(shù)范圍內(nèi)變化?？勺兎诸l器可由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，如加法、減法計(jì)數(shù)器?？勺兎诸l器可由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，如加法、減法計(jì)數(shù)器。常用的計(jì)數(shù)器芯片有：常用的計(jì)數(shù)器芯片有： CD4522：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CD4060：14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器74LS193：4位二進(jìn)制同步加位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器74LS390：雙：雙4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，等等位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，等等第6章頻率合成 吞脈沖可變分頻器吞脈沖可變分頻器 包含雙模

30、前置分頻器，主、輔計(jì)數(shù)器及包含雙模前置分頻器，主、輔計(jì)數(shù)器及邏輯控制電路，可邏輯控制電路，可 提高分頻器工作速度。提高分頻器工作速度。 分頻比分頻比: N（p+1)A+p(M-A) M p + Ap/(p+1) 輔助計(jì)數(shù)器輔助計(jì)數(shù)器A R QS主計(jì)數(shù)器主計(jì)數(shù)器M 輸入輸入輸出輸出“1” ( p+1) “0” ( p) “1計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)“0停止計(jì)停止計(jì)數(shù)數(shù)第6章頻率合成 例：設(shè)前置雙模分頻器的例：設(shè)前置雙模分頻器的p10，需分頻數(shù)，需分頻數(shù)N1584 請(qǐng)預(yù)置吞脈沖分頻器中主、輔計(jì)數(shù)器值，并說(shuō)請(qǐng)預(yù)置吞脈沖分頻器中主、輔計(jì)數(shù)器值，并說(shuō) 明其最小分頻數(shù)是多少？明其最小分頻數(shù)是多少？解：預(yù)置解：預(yù)置A4，M

31、158， 那么：那么： N411（1584）101584 又：又：Amax9個(gè)位），且要求個(gè)位），且要求 MAmax 故：故：MminAmax9， Amin0，所以：，所以：最小分頻數(shù)：最小分頻數(shù)：NminMmin10Amin90 吞脈沖可變分頻器受最小分頻比的限制吞脈沖可變分頻器受最小分頻比的限制第6章頻率合成 3、upB571雙模前置分頻器雙模前置分頻器工作頻率可達(dá)工作頻率可達(dá)500MHz輸入靈敏度為輸入靈敏度為400mvp-p輸出為輸出為1.2Vp-p 美國(guó)美國(guó)Motorola公司公司MC120系列系列 集成雙模分頻器見(jiàn)集成雙模分頻器見(jiàn)P143模式模式7腳腳8腳腳64/6500 32/3

32、301 32/3310 16/1711Vcc(+5V)形式形式控制控制upB57112348765信號(hào)入信號(hào)入VEE1：p 0：p1信信號(hào)號(hào)出出第6章頻率合成 專用頻率合成器專用頻率合成器將頻率合成器的大部分電路集成在一個(gè)芯片上，分將頻率合成器的大部分電路集成在一個(gè)芯片上，分為中規(guī)模和大規(guī)模頻率合成器。為中規(guī)模和大規(guī)模頻率合成器。1、中規(guī)模頻率合成器、中規(guī)模頻率合成器主要產(chǎn)品有：主要產(chǎn)品有：MC145104/106/107/109/112/143等等大多含有參考振蕩器或放大器、鑒相器、程序分頻大多含有參考振蕩器或放大器、鑒相器、程序分頻器，外接器，外接環(huán)路濾波器和環(huán)路濾波器和VCO，就可組成完

33、整的鎖相頻率合成，就可組成完整的鎖相頻率合成器。器。MC145143不含分頻器，但它的參考分頻器可以編不含分頻器，但它的參考分頻器可以編程。程。第6章頻率合成 2、大規(guī)模集成鎖相頻率合成器、大規(guī)模集成鎖相頻率合成器MC145146大規(guī)模集成鎖相頻率合成器中大多含有參考振蕩器、鑒相器大規(guī)模集成鎖相頻率合成器中大多含有參考振蕩器、鑒相器及可編程分頻器等，與外接雙模分頻器配合可方便采用吞脈及可編程分頻器等，與外接雙模分頻器配合可方便采用吞脈沖技術(shù)沖技術(shù) 。主要產(chǎn)品有：主要產(chǎn)品有：并行碼輸入方式：并行碼輸入方式：MC145152MC145152雙模）、雙模）、MC145151MC145151單模）單模

34、） 串行碼輸入方式：串行碼輸入方式：MC145155/175MC145155/175單模）單模） MC145156/158/159MC145156/158/159雙模）雙模）4 4位數(shù)據(jù)總線輸入方式：位數(shù)據(jù)總線輸入方式：MC145144/145MC145144/145單模）單模） MC145146-1MC145146-1雙模）雙模） MC145146MC1451461 1是一塊是一塊2020腳陶瓷或塑料封裝的腳陶瓷或塑料封裝的, ,由四位總線輸入、由四位總線輸入、鎖存器選通和地址線編程的大規(guī)模單片集成鎖相雙模頻率合鎖存器選通和地址線編程的大規(guī)模單片集成鎖相雙模頻率合成器成器, ,片內(nèi)框圖見(jiàn)片內(nèi)

35、框圖見(jiàn)P145P145圖圖6.246.24第6章頻率合成 78OSCinOSCout12位R計(jì)數(shù)器2D0D1D2120101110912A2A1A0ST鎖存器控制電路鎖存器LL2L3L4L5 L6 L710位N計(jì)數(shù)器fin37位A計(jì)數(shù)器L0L1鎖定檢測(cè)PDAPDRLDPDoutfvVR控制邏輯Mod14VDD: 端6VSS: 端4D3MC1451461方框方框第6章頻率合成 MC145146-1地址碼與鎖存器的選通關(guān)系地址碼與鎖存器的選通關(guān)系 第6章頻率合成 MC1451461OSCoutfR818fV15LD19失 鎖 控 制 信 號(hào)用 于 外 部 鑒 相 器 (供

36、 選 用 )OSCin參考振蕩器(或片內(nèi)振蕩器)76VDD4VSSPDoutVRModfinD3D2D1D0A2A1A0ST19 201211 10912到 公 用 控 制 總 線51716143兩 種 鑒 相 器誤 差 信 號(hào) 供 選 擇LFMC10154雙 F/FMC 120118/9V CO接 收 機(jī) 本 振443.325 443.950 MHz(25 kHz 步 進(jìn) )發(fā) 射 機(jī) 調(diào) 制與 16.7 MHz頻 偏發(fā) 射 機(jī) 信 號(hào)459.025459.650 MHz(25 kHz 步 進(jìn) )控 制 器 的 片 選 信 號(hào)64/65或128/129采用采用MC1451461的的UHF移動(dòng)

37、無(wú)線電話頻率合成器移動(dòng)無(wú)線電話頻率合成器工作頻率為工作頻率為450MHz第6章頻率合成 MC1451461OSCoutfR818fV15LD13鎖 定 檢 測(cè) 信 號(hào)用 于 外 部 鑒 相 器 (供 選 用 )OSCin參考振蕩器(或片內(nèi)振蕩器)76VDD4VSSPDoutVRModfinD3D2D1D0A2A1A0ST19201211 10912到 公 用 控 制 總 線51716143鑒 相 器 誤 差信 號(hào) 供 選 擇LFMC10154MC120118/9VCO控 制 器 的選 信 號(hào)32/3311.100 MHz3接 收 機(jī) 第 二 本 振33.300 MHz4接 收 機(jī) 第 一 中

38、頻825.030 444.980 MHz(30 kHz 步 進(jìn) )發(fā)射機(jī)調(diào)制4發(fā) 射 機(jī) 信 號(hào)825.030844.980 MHz(30 kHz 步 進(jìn) )采用采用MC1451461的的800MHz移動(dòng)無(wú)線電話頻率合成器移動(dòng)無(wú)線電話頻率合成器 第6章頻率合成 小數(shù)分頻頻率合成器小數(shù)分頻頻率合成器小數(shù)分頻頻率合成技術(shù)可較好地解決工作小數(shù)分頻頻率合成技術(shù)可較好地解決工作頻率和分頻率和分辨率之間的矛盾辨率之間的矛盾P148150）。）。多環(huán)鎖相頻率合成器多環(huán)鎖相頻率合成器在不降低參考頻率的情況下，采用多環(huán)鎖在不降低參考頻率的情況下，采用多環(huán)鎖相頻率合相頻率合成可提高輸出頻率分辨率成可提高輸出頻率分辨率P150151）第6章頻率合成 6.6 直接數(shù)字頻率合成器直接數(shù)字頻率合成器DDS）DDS的基本合成方式：的基本合成方式：將正弦波連續(xù)信號(hào)進(jìn)行相位幅值取樣，得到離散的相位幅將正弦波連續(xù)信號(hào)進(jìn)行相位幅值取樣，得到離散的相位幅值序列，按相位取樣地址固化在高速只讀存儲(chǔ)器