北化通信電子電路PPtchg

1、8.1 概 述 8.1.1 頻率合成的基本方法 8.1.2 主要技術(shù)指標 8.1.3 相位噪聲8.2 直接頻率合成法8.3 鎖相頻率合成法 8.3.1 鎖相頻率合成器的基本構(gòu)成 8.3.2 鎖相頻率合成器方案設(shè)計中的一些考慮 8.3.3 鎖相頻率合成器的實際構(gòu)成方案8.4 直接數(shù)字式頻率合成（*） 8.5 頻率合成器集成電路（*）笫8章 頻率合成技術(shù)8.1 概 述現(xiàn)代通信系統(tǒng)對通信機要求：載頻振蕩信號頻率點數(shù)量較大、可以選擇并能迅速切換。例如，短波通信，要求通信機能在230MHz頻段內(nèi)，提供以100Hz為間隔的28萬個頻率點。移動通信機要求能在150、400、900MHz、1800MHz等頻率

2、附近提供上百個頻率點等等。 這些離散頻率用于載波振蕩頻率時，穩(wěn)定度與準確度應(yīng)當能滿足系統(tǒng)的性能要求，并且這些離散頻率點與基準頻率的穩(wěn)定度與準確度相同。 采用頻率合成的方法：使用某一(或幾個)基準頻率，通過一定的變換與處理后，可形成一系列(多個)等間隔的離散頻率。 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。8.1.1 頻率合成的基本方法（1）直接頻率合成法通過使用乘法功能的倍頻器、除法功能的分頻器、加減功能的混頻器和具有選頻功能的濾波器，采用不同組合來實現(xiàn)頻率合成的方法，稱為直接頻率合成法，該方法實現(xiàn)上比較復(fù)雜。倍頻器分頻器混頻器 頻率間隔為： 離散頻率數(shù)由倍頻器的可變倍頻次數(shù)M決定

3、。 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低。使用了大量的、濾波性能要求較高的帶通濾波器，從而使設(shè)備體積龐大，造價也十分昂貴。8.1.1 頻率合成的基本方法（續(xù)1）（2）鎖相頻率合成方法（間接頻率合成） 鎖相頻率合成又稱間接頻率合成。 取樣鎖相環(huán)：采用一個或幾個參考頻率源，然后用鎖相環(huán)將壓控振蕩器的頻率鎖定在鎖相環(huán)輸入?yún)⒖碱l率源的頻率或其某一次諧波頻率上，由壓控振蕩器間接產(chǎn)生所需要的頻率輸出。 鎖相環(huán)路具有良好的窄帶濾波特性，故其輸出信號質(zhì)量得到明顯的改善。 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。 主要缺點：頻率轉(zhuǎn)換

4、時間長；單鎖相環(huán)頻率合成器的頻率間隔不能做得很小。8.1.1 頻率合成的基本方法（續(xù)2）（3）直接數(shù)字頻率合成（DDS） 在存儲器存入合成波形的均勻時間間隔的M個樣本。 以均勻速率把這些樣本輸出到DAC變換成模擬階梯信號。 經(jīng)低通濾波器平滑，便得到所需波形。 主要優(yōu)點：相位連續(xù)；分辨力高（可達0.001Hz）；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（幾乎是即時的頻率轉(zhuǎn)換），以及成本低、控制靈活等。 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；總輸出噪聲電平有時較高。簡稱（Direct Digtial Frequency Synthesis簡稱DDFS或DDS），它

5、是近年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)。該頻率合成方法將先進的數(shù)字信號處理理論與方法引入信號合成領(lǐng)域。8.1.2 頻率合成器的主要技術(shù)指標（1）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，稱為頻率合成器的工作頻率范圍。（2）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。又稱頻率分辨力。（3）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)定工作所需的時間。主要技術(shù)指標有5個工作頻率范圍，頻率間隔，頻率轉(zhuǎn)換時間，頻率穩(wěn)定度與準確度，頻譜純度8.1.2 頻率合成器的主要技術(shù)指標（續(xù)）（4）頻率穩(wěn)定度與準確度頻率穩(wěn)定度是指在一定觀測時間內(nèi)，合成器輸出頻率偏離標稱值的程度

6、。一般用該偏離值與輸出頻率的相對值來表示。準確度則表示實際工作頻率與其標稱值之間的偏差，也稱頻率誤差。事實上，穩(wěn)定度與準確度有著密切的關(guān)系，因為只有頻率穩(wěn)定度高，頻率準確度才有意義。（5）頻譜純度頻譜純度是指輸出信號接近正弦波的程度?？梢杂幂敵龆说挠杏眯盘栯娖脚c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；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）；隨機干擾（相位噪聲）。8.1 概 述 8.1.1 頻率合成的基本方法 8.1.2 主要技術(shù)指標 8.1.3 相位噪聲8.2 直接頻率合成法8.3 鎖相頻率合成法 8.3.1 鎖相頻率合成器的基本構(gòu)成

7、 8.3.2 鎖相頻率合成器方案設(shè)計中的一些考慮 8.3.3 鎖相頻率合成器的實際構(gòu)成方案8.4 直接數(shù)字式頻率合成（*） 8.5 頻率合成器集成電路（*）笫8章 頻率合成技術(shù)8.2 直接頻率合成法例 1：已知基準頻率=1MHz。分頻分頻分頻混頻混頻倍頻帶通濾波帶通濾波諧波發(fā)生器晶振缺點： 頻率范圍有限； 離散頻率數(shù)不能太多； 輸出信號中的寄生頻率成分和相位噪聲顯著加大； 設(shè)備變得龐大。8.1 概 述 8.1.1 頻率合成的基本方法 8.1.2 主要技術(shù)指標 8.1.3 相位噪聲8.2 直接頻率合成法8.3 鎖相頻率合成法 8.3.1 鎖相頻率合成器的基本構(gòu)成 8.3.2 鎖相頻率合成器方案設(shè)

8、計中的一些考慮 8.3.3 鎖相頻率合成器的實際構(gòu)成方案8.4 直接數(shù)字式頻率合成（*） 8.5 頻率合成器集成電路（*）笫8章 頻率合成技術(shù)8.3 鎖相頻率合成法鑒相VCO低通低通分頻混頻控制信號8.3.1 模擬鎖相頻率合成器（1）基本構(gòu)成（2） 單環(huán)模擬頻率合成器的構(gòu)成鑒相VCO低通混頻混頻混頻帶通CBAA1B2C98.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器VCOLFPD可編程分頻器頻道選擇例如，當 = 100kHz，分頻比N在31316范圍內(nèi)變化時，輸出頻率范圍將為3.131.6MHz，頻率間隔為100kHz。 當 = 100Hz，分頻比N=3000039999時， 輸出頻率將為33.9999MHz

9、，頻率間隔為100Hz。（1）基本原理8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)1） 討論：1. 參考頻率 對環(huán)路性能的影響 輸出頻率的分辨力，等于輸入鑒相器的參考頻率，即 越小， 輸出信號的頻率分辨力將越高。 環(huán)路頻率轉(zhuǎn)換時間 與 有關(guān)，其間的關(guān)系可用下式經(jīng)驗公式描述：即轉(zhuǎn)換時間約為25倍的參考信號周期。 因此減小 與減小 往往成了對頻率合成器提出的一對相互矛盾的要求。 當要求頻率間隔很小時，分頻比N的變化將很大，此時環(huán)路線性化傳遞函數(shù)也變化很大，從而影響環(huán)路的動態(tài)工作性能。8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)2）2. 可編程分頻器工作速度的影響 對于一個固定分頻比的分頻器，目前已有工作在500MHz

10、、800MHz甚至千兆赫的集成器件可供選用。 可編程分頻器的工作頻率則要低很多，即其工作速度要慢得多。TTL部件構(gòu)成的可編程分頻器，上限頻率約為25MHz，CMOS部件構(gòu)成的可編程分頻器，上限頻率則為4MHz。事實上，大多數(shù)通信系統(tǒng)的工作頻率則要比上述數(shù)值大得多。 可編程分頻器是數(shù)字鎖相頻率合成器的重要部件。 其分頻比的數(shù)目，決定了合成器輸出信道頻點的數(shù)目。 程控分頻器的輸入頻率，也是頻率合成器的輸出頻率。 存在合成器輸出頻率與分頻器的工作速度之間的矛盾。8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)3）（2）采用前置分頻器的鎖相頻率合成器由于前置分頻器工作在較高的頻率，所以在主分頻器前，接入固定分頻比的

11、前置分頻器，以降低主分頻器（可編程分頻器）的工作頻率。鑒相VCO低通主分頻器前置分頻器參考分頻器晶振當改變N時，輸出頻率將為以 為間隔的離散頻率改變?？梢姳痉桨甘且约哟箢l率間隔為代價，換取頻率合成器工作在較高的頻段。8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)4）（3）采用吞脈沖可變分頻器的鎖相頻率合成器1. 吞脈沖可變分頻器吞脈沖分頻器的構(gòu)成如下圖所示。分頻器包含雙模前置分頻器、主計數(shù)器、輔助計數(shù)器和模式控制電路四個部分。雙模分頻器具有P、和（P+1）兩種分頻模式。頻道選擇主計數(shù)器模式控制輔助計數(shù)器 雙模前置分頻器“1”-計數(shù)“0”-停止“1”-“0”-返回8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)5） 討論

12、： 模式控制電路為高電平時，雙模分頻器的分頻比為 。 模式控制電路為低電平時，雙模分頻器的分頻比為 。主計數(shù)器計數(shù)值 N 輔助計數(shù)器計數(shù)值 A。 計數(shù)起始時，主輔兩計數(shù)器值為0，模式控制電路輸出為高電平，輸入端輸入頻率為 的脈沖，雙模分頻器和主輔兩計數(shù)器同時計數(shù)，直到輔助計數(shù)器計滿A個脈沖，使模式控制電路輸出電平降為低電平，控制雙模分頻器分頻比變?yōu)镻，輔助計數(shù)器停止在0。 此后繼續(xù)輸入脈沖，雙模分頻器與主計數(shù)器繼續(xù)工作，直到主計數(shù)器計滿N，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)周期為止。上圖8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)6） 吞脈沖分頻比為： 在一

13、個計數(shù)周期內(nèi)，總的輸入計數(shù)脈沖量為： 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 ，而輸出頻率 則為： 頻率分辨力仍為 ，環(huán)路頻率轉(zhuǎn)換時間沒有變化。這是因為上式中有和項。8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)7）2. 采用吞脈沖可變分頻器的鎖相頻率合成器鑒相VCO低通晶振雙模前置分頻器主計數(shù)器 N主計數(shù)器輔助計數(shù)器 A模式控制模式控制參考分頻器“1”-“0”-頻道選擇頻道選擇8.3.2 數(shù)字鎖相頻率合成器（續(xù)8） 吞脈沖分頻比為： 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 。 頻率分辨力仍為 ，環(huán)路頻率轉(zhuǎn)換時間沒有變化。這是因為上式中有和項，實現(xiàn)該和項的計數(shù)器

14、在頻率轉(zhuǎn)換中需要一定時間。輸出頻率 f0 為：即當 = 5kHz時，將N、A兩計數(shù)器分別置于N = 682和A = 30，即可使輸出頻率 = 136.550MHz。解：由 和 可得出頻率合成器環(huán)路分頻器的分頻數(shù)應(yīng)為： 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41/40，主計數(shù)的N=31023，輔助計數(shù)器的A=3127，已知參考頻率=5KHz，要使輸出頻率=136.550MHz，兩計數(shù)器N和A應(yīng)預(yù)置于何值？例1：可列出：27310 = 40N + A頻率點數(shù)：4萬多。先求出N，求得：N = 27310/40 = 682.75，取N = 682再求余數(shù)A值為：A = 27310 -

15、 40682 = 308.1 概 述 8.1.1 頻率合成的基本方法 8.1.2 主要技術(shù)指標 8.1.3 相位噪聲8.2 直接頻率合成法8.3 鎖相頻率合成法 8.3.1 鎖相頻率合成器的基本構(gòu)成 8.3.2 鎖相頻率合成器方案設(shè)計中的一些考慮 8.3.3 鎖相頻率合成器的實際構(gòu)成方案8.4 直接數(shù)字式頻率合成（*） 8.5 頻率合成器集成電路（*）笫8章 頻率合成技術(shù)8.4 直接數(shù)字式頻率合成8.4.1 直接數(shù)字頻率合成基本原理（1）時域抽樣定理，即Nyquist定理 對于任意一個頻帶小于 的連續(xù)信號s(t)，如果以 的間隔對它進行等間隔地抽樣，則所得到的離散抽樣值包含著連續(xù)信號s(t)的

16、全部信息，通過這些抽樣值可以恢復(fù)s(t)。余弦信號可表示為：抽樣信號為： 如果能構(gòu)造一個抽樣信號 ，并使其通過一個理想的低通濾波器，就能得到連續(xù)變化的模擬余弦信號s(t)。8.4.1 直接數(shù)字頻率合成基本原理（續(xù)1）（2）構(gòu)造抽樣信號 離散序列 及其相位令可得相位離散序列的差分方程：D相位序列的實現(xiàn)過程實質(zhì)上是一個對相位增量 進行線性累加的過程。8.4.1 直接數(shù)字頻率合成基本原理（續(xù)2） 采用相位累加器來實現(xiàn)上述的相位累加過程N位數(shù)字全加器N位數(shù)字寄存器采樣時鐘N bitN bitN bitN bit外部輸入?yún)?shù)相位累加過程如下： 每當一個周期為 的時鐘脈沖到來時，全加器中輸入?yún)?shù)K0與數(shù)字

17、寄存器輸出的前一周期累積相位數(shù)據(jù)的相加值加送N位數(shù)字寄存器，在時鐘脈沖作用下，該相加值送至數(shù)字寄存器。 相位累加數(shù)字寄存器則將新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘作用下繼續(xù)與K0相加。 由相位累加器的值所構(gòu)成的相位序列可表示為：8.4.1 直接數(shù)字頻率合成基本原理（續(xù)3） DDS輸出信號的頻率關(guān)系表達式 當相位累加器計數(shù)累積到滿計數(shù)值時，就會產(chǎn)生一次溢出，從而完成一個周期性的累加動作。因此合成信號的頻率為： 在一定的時鐘頻率之下，K0決定了合成信號的頻率，故K0被稱為頻率控制字。 實現(xiàn)由相位序列 到幅度序列 的轉(zhuǎn)化 由于相位序列 和幅度序列 之間有著確定的對應(yīng)關(guān)系，將 對應(yīng)幅

18、度值固化在只讀存儲器（ROM）中。 以 作為只讀存儲器的存儲單元的地址，而量化后的正弦波形幅度序列 是存儲單元的內(nèi)容。 以相位累加器輸出的相位序列 對只讀存儲器尋址時，存儲器的輸出即為幅度序列 。由 即可構(gòu)造 ，進而實現(xiàn) 。8.4.2 DDS的基本結(jié)構(gòu)它主要由時鐘、相位累加器、只讀存儲器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和濾波器組成。同時，從下圖也不難看出，相位累加器、只讀存儲器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器三個環(huán)節(jié)主要完成抽樣函數(shù)的 構(gòu)造過程，而濾波器是完成將抽樣函數(shù) 恢復(fù)成正弦波的過程。時 鐘相 位累加器只讀存儲器ROM數(shù)模轉(zhuǎn)換器 D/A濾波器頻率控制字K信號輸出習(xí)題二十一： 8-3 ，8-6，8-7注意：交電子文檔作業(yè) 復(fù)習(xí)考試要求1 .要求： 掌握常用電路的分析方法和等效電路分析 高頻小信號放大器，非線性電路，正弦波放大器， 注重概念的理解和應(yīng)用，包含在各個章節(jié)中。 以教材、ppt講稿和習(xí)題為主線。 熟練地掌握電路的計算濾波器分析計算，高頻小信號放大器，非線性電路分析，調(diào)制信號的功率分配。 建立通信系統(tǒng)的概念，加深前后知識的融會貫通。復(fù)習(xí)考試要求1 .要求：2 .題型：簡答題，計算題，分析題。 掌握調(diào)制解調(diào)的原理和調(diào)制解調(diào)的方案 SAM調(diào)制，DSB調(diào)制，SC AM調(diào)制，SSB調(diào)制，VSB調(diào)制，時域、頻域表達式，實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)的方案（框圖），相干解調(diào)和大信號峰值包絡(luò)解調(diào)。 熟練地掌握鎖相環(huán)的原理