基于4046的頻率合成器設(shè)計(jì)報(bào)告(共10頁(yè))

1、基于(jy)4046的頻率合成器設(shè)計(jì) 目錄(ml) TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc342907091 一、內(nèi)容摘要 PAGEREF _Toc342907091 h 2 HYPERLINK l _Toc342907092 二、設(shè)計(jì)(shj)目的 PAGEREF _Toc342907092 h 2 HYPERLINK l _Toc342907093 三、主要參數(shù)指標(biāo)(zhbio) PAGEREF _Toc342907093 h 2 HYPERLINK l _Toc342907094 四、總體方案及原理 PAGEREF _Toc342907094 h 2 HYPER

2、LINK l _Toc342907095 五、各模塊設(shè)計(jì)方法 PAGEREF _Toc342907095 h 3 HYPERLINK l _Toc342907096 A振蕩源模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342907096 h 3 HYPERLINK l _Toc342907097 B. M分頻電路模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342907097 h 3 HYPERLINK l _Toc342907098 C N分頻模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc342907098 h 4 HYPERLINK l _Toc342907099 D. 鎖相環(huán)模塊設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc34290

3、7099 h 5 HYPERLINK l _Toc342907100 六、調(diào)試方法 PAGEREF _Toc342907100 h 8 HYPERLINK l _Toc342907101 七、測(cè)試結(jié)果 PAGEREF _Toc342907101 h 8 HYPERLINK l _Toc342907102 八、結(jié)果分析 PAGEREF _Toc342907102 h 8 HYPERLINK l _Toc342907103 九、參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc342907103 h 9一、內(nèi)容摘要頻率合成是指由一個(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

4、精確度的大量離散頻率的過(guò)程。 實(shí)現(xiàn)(shxin)頻率合成的電路叫頻率合成器。實(shí)際的頻率合成(hchng)設(shè)備有：直接(zhji)頻率合成，即 HYPERLINK /view/38405.htm t _blank DDS技術(shù)； HYPERLINK /view/185165.htm t _blank 鎖相環(huán) HYPERLINK /view/3055967.htm t _blank 頻率合成技術(shù)，即 HYPERLINK /view/188802.htm t _blank PLL；DDS+PLL技術(shù)。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)備中應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)是基于CD4046的

5、PLL頻率合成器。由振蕩源輸出一個(gè)精準(zhǔn)度很高的頻率為本次設(shè)計(jì)提供一個(gè)高精準(zhǔn)、高穩(wěn)定度的100Hz參考頻率。通過(guò)N分頻電路和CD4046鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)基于100Hz步進(jìn)的任意頻率的合成。二、設(shè)計(jì)目的運(yùn)用本學(xué)期集成電路的知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)基于4046的頻率合成器，在設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試過(guò)程中，熟練掌握和運(yùn)用4046鎖相環(huán)集成芯片的使用。三、主要參數(shù)指標(biāo)1.頻率合成器范圍：800KHz900KHz2.步進(jìn)：100Hz四、總體方案及原理整個(gè)設(shè)計(jì)如圖所示分成四個(gè)模塊，振蕩產(chǎn)生模塊、M分頻模塊、鎖相環(huán)模塊和N分頻模塊。由振蕩源及固定M分頻產(chǎn)生精準(zhǔn)的100Hz基準(zhǔn)頻率；由減法計(jì)數(shù)器配合撥碼開(kāi)關(guān)產(chǎn)生09999的

6、任意N分頻電路。工作時(shí)，基準(zhǔn)100Hz和通過(guò)N分頻電路產(chǎn)生的100Hz經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)的相位比較器產(chǎn)生相位差，并將此相位差線性的轉(zhuǎn)換成電壓幅度。這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)低通濾波器后控制VCO振蕩，通過(guò)N分頻反饋電路繼續(xù)上述步驟直到基準(zhǔn)100Hz和N分頻產(chǎn)生的100Hz達(dá)到一個(gè)固定的相位差后不再改變。此時(shí)，經(jīng)過(guò)N分頻產(chǎn)生的100Hz頻率就與基準(zhǔn)100Hz嚴(yán)格一致了，VCO輸出端就產(chǎn)生了精準(zhǔn)的100NHz的頻率。五、各模塊設(shè)計(jì)(shj)方法A振蕩(zhndng)源模塊設(shè)計(jì)方案(fng n)一：無(wú)源晶振如圖由晶振和反相器構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的振蕩產(chǎn)生電路，并經(jīng)過(guò)非門(mén)提升電壓幅度。這種方案的明顯缺點(diǎn)是，在市場(chǎng)上，1MHz的

7、高精確度晶振比較貴，也比較難買(mǎi)到。而精度較低的便宜晶振經(jīng)過(guò)10000分頻又會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。此外，C1的振蕩頻率的調(diào)節(jié)作用很不明顯，可以說(shuō)一旦起振基本無(wú)法改變。方案二：有源晶振有源晶振只需供電就可以產(chǎn)生精準(zhǔn)度和穩(wěn)定度很高的頻率。而且有源晶振不是很貴，容易買(mǎi)到。唯一的缺點(diǎn)就是電源電壓范圍較小，最高可達(dá)到6V,對(duì)于供電可達(dá)到15V的cmos電路來(lái)說(shuō)，可能要單獨(dú)供電使用。綜上，本次設(shè)計(jì)采用1MHz的有源晶振提供基準(zhǔn)電壓。B. M分頻電路模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用CD4518十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成4級(jí)級(jí)聯(lián)的10000倍分頻器。共采用兩片芯片，每片芯片集成兩個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器。芯片管腳及電路如圖所。電路圖C N分

8、頻模塊(m kui)的設(shè)計(jì)本模塊采用(ciyng)CD4522十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。本次設(shè)計(jì)要產(chǎn)生800KHz900KHz的頻率，基準(zhǔn)(jzhn)頻率為100Hz，所以N的范圍為80009000。這樣要使用4片CD4522分別做個(gè)位、十位、百位、千位。CD4522的工作原理為：當(dāng)級(jí)聯(lián)端口CF為1時(shí)，進(jìn)位端口O才能夠輸出1。這樣由個(gè)位的進(jìn)位端控制所有芯片的預(yù)置數(shù)端，當(dāng)所有芯片同時(shí)為0時(shí)，個(gè)位進(jìn)位輸出端輸出1將所有芯片預(yù)置數(shù)。此外將低位的Q3與高位的CL相連，當(dāng)?shù)臀坏腝3跳變時(shí)，高位實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的CL信號(hào)，進(jìn)行減一操作，以此類推。這樣用撥碼開(kāi)關(guān)控制各位預(yù)置數(shù)端，就能實(shí)現(xiàn)任意的N分頻。芯片管腳和電路如圖

9、所示。 D. 鎖相環(huán)模塊(m kui)設(shè)計(jì)鎖相環(huán)是本次設(shè)計(jì)的核心(hxn)模塊。其工作原理如下：鎖相環(huán)（PLL）電路是一種反饋(fnku)控制電路。圖1-1所示是基本鎖相環(huán)電路的框圖 圖1-1 基本(jbn)鎖相環(huán)電路框圖當(dāng)相位比較器的兩個(gè)(lin )輸入的相位差(io)不變時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)的頻率一定相等，即 fi=fo從而實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的頻率和相位對(duì)輸入信號(hào)的頻率和相位的自動(dòng)跟蹤。具體過(guò)程是：輸出信號(hào)反饋到輸入端，與輸入信號(hào)通過(guò)鑒相器PD產(chǎn)生相位差，并線性轉(zhuǎn)換成電壓。這個(gè)電壓通過(guò)低通濾波器加到壓控振蕩器上產(chǎn)生輸出信號(hào)的頻率。這樣，只要相位差改變(gibin)，輸出頻率就改變，直到相位差恒定。此時(shí)

10、輸出頻率就和輸入頻率嚴(yán)格一致。若在反饋回路中加上N分頻器，則有fi=fo/N,fo=Nfi,改變N即可得到想要的頻率。鎖相環(huán)有一個(gè)捕捉帶和同步帶，只有在這個(gè)帶寬內(nèi)，鎖相環(huán)才能正常工作。這個(gè)范圍可以通過(guò)鎖相環(huán)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)中，鎖相環(huán)工作在寬帶模式，根據(jù)FIGURE 5具體參數(shù)設(shè)計(jì)如下：R1選擇100K,使用5V電源。中心頻率為900KHz/2=450KHz，根據(jù)上圖估算，C1約為10pf。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，將R2開(kāi)路，R1選用大于100K的電位器，C1小于計(jì)算值，由此提供可調(diào)的帶寬。關(guān)于低通濾波器的設(shè)計(jì)可以參考下圖。fc=fL=450KHz，帶入計(jì)算，可以算出時(shí)間常數(shù)為3.53875*10(

11、-10)s,由此選擇(xunz)合適的C2和R3。芯片(xn pin)管腳以及電路如圖所示：CD4046框架圖六、調(diào)試(dio sh)方法1.電源采用5V直流穩(wěn)壓電源2.將各個(gè)模塊相互隔離，分開(kāi)(fn ki)調(diào)試3.晶振模塊只要電源(dinyun)得當(dāng)就能起振4.將1MHz的震蕩信號(hào)送到M（10000）分頻模塊，檢測(cè)4級(jí)是否依次輸出100KHz、10KHz、1KHz、100Hz，若輸出錯(cuò)誤檢查對(duì)應(yīng)(duyng)級(jí)的電路連接，重復(fù)調(diào)試。5.用函發(fā)輸出Vpp為5V、頻率為1MHz的方波輸入N分頻電路，任意設(shè)定撥碼開(kāi)關(guān)，檢測(cè)輸出端是否為對(duì)應(yīng)的分頻頻率。這個(gè)模塊很容易產(chǎn)生問(wèn)題，主要原因是電路連接錯(cuò)誤，應(yīng)細(xì)心對(duì)照原理圖檢查。此外若函發(fā)輸出電壓幅度不夠，則不會(huì)產(chǎn)生分頻電壓，Vpp至少要達(dá)到5V，若確定電路連接正確無(wú)誤，但還是沒(méi)有輸出頻率，則可以適當(dāng)提高Vpp直到輸出端產(chǎn)生正常的分頻頻率。6.調(diào)試鎖相環(huán)。用函發(fā)輸入從低到高的頻率，檢測(cè)鎖相環(huán)的鎖定情況，然調(diào)R1和R3是鎖相環(huán)工作在想要的狀態(tài)。其中R1控制帶寬，R3控制低通濾波器的性能。7最后將各個(gè)模塊連接起來(lái)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。七、測(cè)試結(jié)果要求805.1KHz，實(shí)測(cè)805.1KHz，誤差0要求855.1KHz，實(shí)測(cè)855.05KHz，誤差50Hz要求895.1KHz，實(shí)測(cè)895.05KHz，誤差50H