1、第三節(jié) 頻率合成器,第一節(jié) 概述,第二節(jié) 自動相位控制電路（鎖相環(huán)路）,第10章 反饋控制電路,教學(xué)要求,了解反饋控制電路的三種基本形式及工作原理。 掌握鎖相環(huán)路的系統(tǒng)組成、電路模型、環(huán)路方程和工作原理。 掌握環(huán)路跟蹤特性的分析方法和結(jié)論。 了解集成鎖相環(huán)路的電路原理及其應(yīng)用。 掌握頻率合成器的概念、電路組成、工作原理和性能指標(biāo)。 了解DDS頻率合成器的工作原理和性能特點。,10. 1 概述,為了提高通信和電子系統(tǒng)的性能指標(biāo)，或者實現(xiàn)某些特定的要求，必須采用自動控制方式。由此，各種類型的反饋控制電路便應(yīng)運而生了。,反饋控制電路可分為三類：,自動增益控制(Automatic Gain Contr

2、ol，簡稱AGC),自動頻率控制(Automatic Frequency Control，簡稱AFC),自動相位控制(Automatie Phase Control，簡稱APC),自動相位控制電路又稱為鎖相環(huán)路(Phase Locked Loop，簡稱PLL)，是應(yīng)用最廣的一種反饋控制電路。,基本原理與分析方法,在反饋控制電路里，比較器、控制信號發(fā)生器、可控器件、反饋網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成了一個負(fù)反饋閉合環(huán)路。,根據(jù)參考信號的不同情況，反饋控制電路的工作情況有兩種。,(1) 參考信號xr(t)不變，恒定為xro,(2) 參考信號xr(t)變化,數(shù)學(xué)模型,將反饋控制電路近似作為一個線性系統(tǒng)分析。由于直接

3、采用時域分析法比較復(fù)雜，所以采用復(fù)頻域分析法，根據(jù)反饋控制電路的組成方框圖，可畫出用拉氏變換表示的數(shù)學(xué)模型,圖中Xr(s)，Xe(s)，Xc (s)，Xi (s)，Xy(s)和Xf (s)分別是，xr(t)，xe(t)，xc (t)，xi (t)，xy(t) 和xf (t)的拉氏變換。,比較器輸出的誤差信號xe(t)通常與xr(t)和xf (t)的差值成正比，設(shè)比例系數(shù)為kp，則有,xe(t)= kpxr(t)-xf (t),寫成拉氏變換式，有Xe(s)= kpXr(s)-Xf (s),可控器件作為線性器件，有 xy(t)= kc xc (t)，kc是比例系數(shù)。,寫成拉氏變換式，有Xy(s)=

4、 kc Xc (s),實際電路中一般都包括濾波器，其位置可歸納在控制信號發(fā)生器或反饋網(wǎng)絡(luò)中，所以將這兩個環(huán)節(jié)看作線性網(wǎng)絡(luò)。其傳遞函數(shù)分別為,閉環(huán)傳遞函數(shù),誤差傳遞函數(shù),自動增益控制電路,自動增益控制(AGC)電路的主要作用：使設(shè)備的輸出電平保持為一定的數(shù)值。因此也稱自動電平控制(ALC)電路。,設(shè)輸入信號振幅為Ui，輸出信號振幅為Uy，可控增益放大器增益為Ag(uc)，是控制信號uc的函數(shù)，則有 Uy = Ag(uc)Ui,自動頻率控制（AFC）電路,AFC電路也是一種反饋控制電路，控制對象是壓控振蕩器。其主要作用是自動控制振蕩器的振蕩頻率，保證振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定。,頻率比較器的輸出誤差電壓

5、ue與兩個輸入信號的頻率差有關(guān)，而與這兩個信號的幅度無關(guān)，ue為,ue= kp (r-y),式中，kp在一定的頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，實際上就是鑒頻跨導(dǎo)。,常用的頻率比較電路有兩種形式：一是鑒頻器，二是混頻-鑒頻器。,鎖相環(huán)路（PLL）,鎖相環(huán)路（Phase locked loop縮寫PLL）是一種相位自動控制電路，被控量為相位，被控對象為壓控振蕩器。其作用是實現(xiàn)環(huán)路輸出信號與輸入信號之間無誤差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。,PLL電路廣泛應(yīng)用于：,一、鎖相環(huán)的組成部件,PLL是一個相位負(fù)反饋系統(tǒng)，可對輸入信號的頻率與相位實施跟蹤。,三個基本部分構(gòu)成一個負(fù)反饋環(huán)：,PD,LF,VCO,10.

6、2 自動相位控制電路（鎖相環(huán)）,1. 鑒相器（PD）,即,vi(t)/ i(t),vo(t) /o(t),vd(t) /e(t),正弦特性，三角波特性，鋸齒波特 性等，其中最基本的是正弦波特性， 它可用一個模擬乘法器與低通濾波 器串接而成。,鑒相特性的形式有許多種， 如:,如果設(shè)環(huán)路輸入信號：,PLL環(huán)輸出的反饋信號：,經(jīng)過相乘，并濾除和頻分量，可得輸出的誤差電壓為：,其中,e(t)為輸入信號的瞬時相位差。,可得鑒相器的數(shù)學(xué)模型:,另外可看出：當(dāng)e/6 時，,鑒相器,2. 環(huán)路濾波器LF,環(huán)路濾波器具有低通特性，其主要作用是濾除鑒相器輸出端的高頻分量和噪聲，vd(t)經(jīng)LF后得到一個平均電壓

7、vc(t)用來控制VCO的頻率變化，常見的濾波器有以下幾種形式。,vd（t）,vc（t）,RC積分濾波器,vd（t）,vc（t）,無源比例積分濾波器,vd（t）,vc（t）,有源比例積分 濾波器, RC積分濾波器,傳輸函數(shù)：,無源比例積分濾波器, 有源比例積分濾波器,如果將F(s)中的s用微分算子p替代，可寫出濾波器的輸出電壓vc(t)與輸入信號vd(t)之間的微分方程：,其中,為微分算子， 由上式可得環(huán)路濾波器的電路模型如右圖所示。,綜上：,3. 壓控振蕩器（VCO）,壓控振蕩器：是瞬時頻率 控制的振蕩器。其控制特性可用壓控特性曲線來描述，如右圖所示。,K0：壓控靈敏度,由于VCO的輸出反饋

8、到鑒相器，而從鎖相環(huán)的控制作用來看，VCO對鑒相器起作用的不是其頻率而是相位，故對上式積分即可求出相位：,壓控振蕩器數(shù)學(xué)模型如右圖所示。,二、鎖相環(huán)路相位模型和基本方程,1. 相位模型,將上述鎖相環(huán)的三個基本部件的模型按環(huán)路組成框圖聯(lián)接起來，即可構(gòu)成鎖相環(huán)路相位模型，如下圖所示：,2. 基本方程,根據(jù)鎖相環(huán)路相位模型，可得以相位形式表示的基本微分方程：,環(huán)路的微分方程為：,物理 意義,（1） 是鑒相器的輸入信號與VCO輸出信號之間的瞬時相位差；,（2） 是控制相位差。它是 通過閉環(huán)逐級處理得到的相位控制量；,（3）相位控制方程描述了環(huán)路相位的動態(tài)平衡關(guān)系，即任何時刻，環(huán)路的瞬時相位差和控制相位

9、差的代數(shù)和等于輸入信號以相位 為參考的瞬時相位。,3. 環(huán)路工作的定性分析,設(shè)輸入信號為固定頻率的正弦信號（即 均為常量）,由于,代入環(huán)路的微分方程可得：,左邊第二項：,由以上分析可得：,結(jié)論：閉合環(huán)路中任何時刻滿足： 瞬時頻差+控制頻差=輸入的固有頻差,4. 環(huán)路“鎖定”的基本概念,（一）環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過程,當(dāng)環(huán)路輸入一個頻率和相位不變的信號 時，根據(jù)以 為參考相位可得,根據(jù)環(huán)路方程可得,1、當(dāng)環(huán)路閉合瞬間 ，則 ，無控制角頻差，此時環(huán)路的瞬時角頻差等于輸入固有角頻差。,2、隨著時間t的增加，有控制電壓產(chǎn)生，控制角頻差就產(chǎn)生。隨著控制角頻差的增大，瞬時角頻差就減小，二者之和等于輸入固有角

10、頻差。,3、當(dāng)控制角頻差隨著時間 t 的增加到等于輸入固有角頻差時，瞬時角頻差為零，即 。這時 是一固定值，不隨時間變化。若能一直保持下去，則認(rèn)為進(jìn)入鎖定狀態(tài)。,（二）環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)的特點,1、壓控振蕩器輸出電壓的角頻率 等于輸入信號角頻率 ，即無剩余頻差， 。,2、環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器輸出信號與輸入信號之間只存在一個固定的穩(wěn)態(tài)相位差，即剩余相位差 為一固定值。,3、環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時，鑒相器的輸出電壓為直流,4、環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時，因為 為直流，則,式中， 為環(huán)路的直流總增益，單位 。,三、鎖相環(huán)路的工作原理,設(shè)壓控振蕩器的固有振蕩頻率為0，而當(dāng)環(huán)路閉合瞬間外輸入信號角頻率i與0即不相同

11、也不相干，則鑒相器輸出的差拍電壓為：,失鎖狀態(tài),如果:環(huán)路固有角頻差 環(huán)路低通濾波器的通頻帶,則差拍電壓 將被濾除，而不能形成控制電壓,壓控振蕩器輸出角頻率 不變化即,則,即：環(huán)路的瞬時頻差= 固有頻差 環(huán)路此時處于失鎖狀態(tài)。,鎖定狀態(tài),如果 十分接近 ，即固有頻差 ，則差拍電壓 不會被環(huán)路濾波器濾除而形成控制電壓 ，去控制壓控振蕩器，VCO產(chǎn)生中心頻率為 的調(diào)頻信號,VCO的瞬時振蕩頻率 將以 為中心在一定范圍內(nèi)來回擺動，即環(huán)路產(chǎn)生了控制頻差,此時鑒相器輸出電壓是一個較小的直流電壓，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。,牽引捕捉狀態(tài),當(dāng) 介于上述兩者之間時，如果VCO的瞬時頻率 圍繞 為中心擺動的范圍小，至使

12、 不可能擺動到 處時，環(huán)路不能立即入鎖。此時VCO輸出的調(diào)頻波，其調(diào)制頻率就是差拍頻率，與輸入信號 經(jīng)鑒相器PD 鑒相，輸出一個正弦波與調(diào)頻波的差拍電壓：,如果令:,另有,其中,跟蹤狀態(tài),例如：,則,四、鎖相環(huán)性能分析,1. 同步帶寬,設(shè)環(huán)路已處于鎖定狀態(tài)，當(dāng)緩慢改變輸入信號頻率使固有頻差值向正或負(fù)方向逐步增大時，由于環(huán)路的自身調(diào)節(jié)作用，能夠維持環(huán)路鎖定的最大頻差 稱為環(huán)路同步帶，記作 。由于環(huán)路鑒頻特性對零點是對稱的，因此同步帶相對于 也是對稱的。,2. 捕捉帶寬,設(shè)鎖相環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，改變 使固有頻差 減少, 環(huán)路能夠經(jīng)牽引捕獲而入鎖的最大固有頻差值 稱為環(huán)路 捕捉帶 。通常 。,3.

13、穩(wěn)態(tài)相差e(),環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時，存在著的固定相差稱為穩(wěn)態(tài)相位誤差e() 。,由方程：,環(huán)路鎖定意味著瞬時頻差為零，即,此時,式中， 為環(huán)路直流總增益，其值增大可使 減少。,4鎖相環(huán)性能特點,鎖相環(huán)路用作調(diào)頻信號解調(diào)時，與普通鑒頻器相比較，有低門限信噪比特性。這是因為環(huán)路有反饋控制作用，跟蹤相位差小，降低了鑒相特性的非線形影響，從而改善了門限效應(yīng)。,（1）環(huán)路在鎖定狀態(tài)下無剩余頻差,鎖相環(huán)路對輸入的固定基準(zhǔn)頻率鎖定后，壓控振蕩器輸出頻率與基準(zhǔn)頻率的頻差為零。環(huán)路輸出可做到無剩余頻差存在，是一個理想的頻率控制系統(tǒng)。,（2）鎖相環(huán)有良好的窄帶特性,鎖相環(huán)具有窄帶特性，當(dāng)壓控振蕩器頻率鎖定在輸入頻

14、率上時，僅位于輸入信號頻率附近的干擾成分能以低頻干擾的形式進(jìn)入環(huán)路，而絕大多數(shù)的干擾會受到環(huán)路低通濾波器的抑制，從而減少了對壓控振蕩器的影響。,（3）良好的跟蹤特性,VCO的輸出頻率可以跟蹤輸入信號的變化，表現(xiàn)出良好的跟蹤特性。在接收有多普勒頻移的動目標(biāo)時，這種特性尤為重要。,(4) 低門限特性,鎖相環(huán)的典型應(yīng)用,1. 鎖相倍頻,在鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器就可構(gòu)成鎖相倍頻電路。如圖：,當(dāng)環(huán)路鎖定時，鑒相器兩輸入信號頻率相等。即有：,式中：N為分頻器的倍頻比。,2. 鎖相分頻,在鎖相環(huán)路中插入倍頻器就可構(gòu)成鎖相分頻電路。如圖所示：,當(dāng)環(huán)路鎖定時：,式中：N為倍頻器的倍頻次數(shù)。,3. 鎖相混

15、頻器,設(shè)混頻器的本振信號頻率為L ，在Lo時混頻器的輸出頻率為（L-o），經(jīng)差頻放大器后加到鑒相器上。,當(dāng)環(huán)路鎖定時,4. 頻率合成器,頻率合成器是利用一個標(biāo)準(zhǔn)信號源的頻率來產(chǎn)生一系列所需頻率的技術(shù)。鎖相環(huán)路加上一些輔助電路后，就能容易地對一個標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行加、減、乘、除運算而產(chǎn)生所需的頻率信號，且合成后的信號頻率與標(biāo)準(zhǔn)信號頻率具有相同的長期頻率穩(wěn)定度及具有較好的頻率純度，如果結(jié)合單片微機(jī)技術(shù)，可實現(xiàn)自動選頻和頻率掃描。,鎖相式單環(huán)頻率合成器基本組成如下圖所示：,當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等,即：,當(dāng)N 改變時，輸出信號頻率相應(yīng)為fi 的整數(shù)倍變化。,環(huán)C,例：下圖為三環(huán)式頻率合成器方框

16、圖,已知：,求輸出信號頻率范圍及頻率間隔。,環(huán)A,環(huán)B,解：,而,而環(huán)路C為混頻環(huán)，即當(dāng)環(huán)路鎖定時：,有,當(dāng)NA=300，NB=351時，,當(dāng)NA=301，NB=351時，,因此頻率間隔：,而當(dāng) =399， =397時輸出頻率最高。,所以，合成器的頻率范圍為：（35.440.099）MHz,5. 鎖相環(huán)調(diào)頻電路,普通的直接調(diào)頻電路中，振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度較差，而鎖相調(diào)頻電路能得到中心頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻信號，鎖相環(huán)調(diào)頻電路如下圖所示。環(huán)路濾波器的帶寬必須很窄，截至頻率應(yīng)小于調(diào)制信號的頻率。,當(dāng)調(diào)制信號為鋸齒波時，可輸出掃頻信號。當(dāng)調(diào)制信號為數(shù)字脈沖時，可產(chǎn)生移頻鍵控調(diào)制（FSK信號）。,調(diào)制

17、信號作為VCO控制電壓的一部分使其頻率產(chǎn)生相應(yīng)的變化，由此在輸出端得到已調(diào)頻信號。,6. 鎖相解調(diào)電路,(1) 調(diào)頻波解調(diào),用鎖相環(huán)實現(xiàn)調(diào)頻波解調(diào),如果將環(huán)路的頻帶設(shè)計的足夠?qū)?，使環(huán)路捕捉帶大于調(diào)頻波的最大頻偏，利用鎖相環(huán)的跟蹤特性，可以使VCO的振蕩頻率跟蹤輸入調(diào)頻波的瞬時頻率。如果VCO的電壓-頻率特性是線形的，則加到VCO的控制電壓的變化規(guī)律必與調(diào)頻波的瞬時頻率變化規(guī)律相同，因此在LF的輸出端可獲得不失真的解調(diào)輸出。調(diào)頻波鎖相解調(diào)的優(yōu)點是解調(diào)門限值比普通鑒相器低45dB。,(2) AM信號的同步檢波,用鎖相環(huán)實現(xiàn)AM信號同步檢波,當(dāng)環(huán)路工作在載波跟蹤狀態(tài)時，VCO輸出頻率與環(huán)路輸入已調(diào)信

18、號的載波相同，但存在/2的固定相移。,因此，經(jīng)過/2移項后變成與輸入已調(diào)信號的載頻相同的信號。將它與輸入已調(diào)信號共同加到同步檢波器就能得到解調(diào)信號輸出。,BG322、X38、CD4046、MC1404b。,單片集成鎖相環(huán)電路,模擬鎖相環(huán)路：,NE560、NE561、562、565、L562、L564、SL565、KD801、KD802、KD8041等。,數(shù)字鎖相環(huán)路：,一、NE562,NE562（國內(nèi)同類產(chǎn)品L562、KD801、KD8041）是目前廣泛應(yīng)用的一種多功能單片鎖相環(huán)路。,1NE562組成框圖,NE562是最高工作頻率可達(dá)30MHz的通用型集成鎖相環(huán)。,定時電容Cr,PD（鑒相器）

19、：采用雙平衡模擬乘法器,LF：13、14腳可外接RC元件構(gòu)成環(huán)路濾波器。,VCO：是射極定時的壓控多諧振蕩器，定時電容由5、6腳外接電容。,限幅器：是與VCO串接的一級控制電路，7腳注入電流的大 小可以控制環(huán)路的跟蹤范圍。,放大器A1、A2、A3：作為隔離，緩沖放大器，10腳用于外接去加重電容 。當(dāng)環(huán)路用于解調(diào)時，A1，A2的放大作用可以提高9腳輸出的解調(diào)信號的電平值。既可以保證VCO的頻穩(wěn)度，又放大了VCO的輸出電壓，使3、4腳輸出的電壓幅度增大到約4.5V，以滿足PD對VCO信號電壓幅度的要求。,11，12腳：外接輸入信號。,VCO輸出3、4腳與PD的反饋信號輸入端2、15腳之間，可外接其

20、它部件以發(fā)揮多功能作用。,2NE562的使用說明,(1) 輸入信號從11、12腳輸入時，應(yīng)采用電容耦合，以避免影響輸入端的直流電位，要求容抗 輸入電阻（2K ）。,可以雙端輸入，也可單端輸入，單端輸入時，另一端應(yīng)交流接地，以提高PD增益。,(2)環(huán)路濾波的設(shè)計,NE562常用的環(huán)路濾波器有下圖所示的四種形式：,13、14腳的外接電路與NE562內(nèi)部的PD負(fù)載電阻Rc共同構(gòu)成積分濾波器。,一般已知Rc=6K，Rf通常選在50200之間，根據(jù)所要求設(shè)計的環(huán)路濾波器截至頻率c可計算出 Cf值：,對圖(a):,對圖(b):,對圖(c):,對圖(d):,(3)VCO的輸出方式與頻率調(diào)整,1VCO信號輸出

21、端3、4腳與地之間應(yīng)當(dāng)接上數(shù)值相等的射極電阻，阻值一般為2-12K，使內(nèi)部射極輸出器的平均電流不超過4mA.,2當(dāng)VCO輸出需與邏輯電路連接時，必須外接電平移動電路，使VCO輸出端12V的直流電平移到某一低電平值上，并使輸出方波符合邏輯電平要求，工作頻率可達(dá)到20MHz。,圖（a）為實用的單端輸出,圖（b）為實用的雙端驅(qū)動的電平移動電路,3VCO的頻率及其跟蹤范圍能調(diào)整與控制。VCO頻率的調(diào)整，除采用直接調(diào)節(jié)與定時電容并聯(lián)的微變電容外，還有如下圖所示的方法：,圖(a) 電路的VCO的工作頻率為：,圖(b)、(c)，可將VCO頻率擴(kuò)展到30MHz以上，（c）可用外接電位器 微調(diào)頻率。,(4)PD

22、的反饋輸入與環(huán)路增益控制方式,PD的反饋輸入方式一般采用單端輸入工作方式，如右圖所示，1腳的+7.7V電壓經(jīng)R（2 K）分別加到反饋輸入端2、15腳作為IC內(nèi)部電路基極的偏壓，而且1腳到地接旁路電容，反饋信號從VCO的3腳輸出，并經(jīng)分壓電阻取樣后，通過耦合電容加到2腳構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。,環(huán)路增益還普遍采用在13、14腳并接電阻Rf的方式，此時的環(huán)路總增益為：,的單位為 可以抵消因 上升而使 過大造成 的工作不穩(wěn)定性。,(5)解調(diào)輸出方式,當(dāng)NE562用作FM信號的解調(diào)時，解調(diào)信號由腳輸出，此時腳需外接一個電阻到地（或負(fù)電源）作為NE562內(nèi)部電路的射極負(fù)載，電阻數(shù)值要合適（常取15k）以確保內(nèi)部射

23、極輸出電流不超過5mA，另外腳應(yīng)外加重電容。,3、NE562應(yīng)用實例,NE562內(nèi)部限幅器集電極電流受7腳外接電路的控制，一般7腳注入電流增加，則內(nèi)部限幅器集電流減少，VCO跟蹤范圍?。环粗畡t跟蹤范圍增大。當(dāng)腳注入電流大于0.7mA時，內(nèi)部限幅器截至，VCO的控制被截斷，VCO處于失控自由振蕩工作狀態(tài)（系統(tǒng)失鎖）。,10. 3 頻率合成器,一、頻率合成器的分類及主要技術(shù)指標(biāo),1. 概念,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,3. 主要技術(shù)指標(biāo),直接頻率合成器 鎖相頻率合成器 直接數(shù)字頻率合成器,2. 分類,頻率合成是利用一個（或幾個）高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)頻率，

24、通過一定的變換與處理后，形成一系列等間隔的離散頻率。這些離散頻率的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都與基準(zhǔn)頻率相同，而且能在很短的時間內(nèi)，由某一頻率切換到另一頻率。,二、直接頻率合成器,1. 直接頻率合成的基本原理,2. 一個基準(zhǔn)源的直接頻率合成器,直接式頻率合成器之一,基準(zhǔn)頻率fR由晶體振蕩器提供。,輸出頻率：,采用一個或多個不同頻率的晶體振蕩器作為基準(zhǔn)信號源，經(jīng)過具有加、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。,3. 由諧波發(fā)生器提供基準(zhǔn)頻率的直接頻率合成器, 晶振通過分頻和諧波發(fā)生器產(chǎn)生09MHz的10個基準(zhǔn)頻率。, S1，S2，S3是單刀10擲開

25、關(guān)，各有10個結(jié)點，分別接到諧波發(fā)生器的10個輸出端上。, 改變 S1，S2，S3的位置可以得到 f0 =10 f3 +f2 +f1 /10 。輸出頻率范圍為10.099.9MHz，頻率間隔為100KHz。,直接式頻率合成器之二,4. 直接式頻率合成器的優(yōu)缺點,優(yōu)點：頻率轉(zhuǎn)換時間較短，能產(chǎn)生任意小的頻率間隔。,缺點：頻率范圍有限，離散頻率點不能太多。采用大量倍頻、分頻和混頻器，使輸出的寄生頻率成分和相位噪聲加大，而且體積大、成本高。,三、鎖相頻率合成器,1. 鎖相頻率合成器的基本組成與特點,2. 典型的鎖相頻率合成器,系統(tǒng)簡單，輸出頻率頻譜純度高，能得到大量離散頻率，且有多種大規(guī)模集成鎖相頻率

26、合成器的成品可供選用。,由基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器和鎖相環(huán)路（含分頻器）兩部分組成。,1、基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器產(chǎn)生的 fR 送給鑒相器作為參考輸入頻率。,2、壓控振蕩器的輸出信號先通過程序分頻器進(jìn)行N次分頻后，再送給鑒相器與參考輸入信號進(jìn)行相位比較。,3、環(huán)路鎖定后，輸出頻率,4、分頻比N由輸入的數(shù)字信號控制。可以采用并行輸入、串行輸入和四位數(shù)據(jù)總線輸入之一的數(shù)字信號控制方式。,利用中規(guī)模鎖相頻率合成器MC145106與低通濾波器、壓控振蕩器組成的頻率合成器。,（1）10.24MHz的晶體與片內(nèi)的反相放大器組成電容三點式振蕩器，振蕩頻率為10.24MHz，送給參考分頻器。,（2）參考分頻器由一個2電路和 29

27、/210電路組成，由FS（6）端控制。若FS=“1”，參考分頻比為210，則fR=10KHz。若FS=“0”，參考分頻比為211，則fR=5KHz。本電路的FS=“0”，故fR=5KHz。,（3）程序分頻器（N計數(shù)器）輸入端2連接到VCO的輸出端。分頻比是由9位二進(jìn)制輸入來控制，其分頻比N=3511。輸入懸空時，為邏輯“0”，接高電平時，為邏輯“1”。本電路f0= NfR，即15KHz2555KHz，頻率間隔為5 KHz。,（4）電路缺點：輸出信號頻率受程序分頻器上限工作頻率的限制，不能做得很高。,MC145106組成頻率合成器,3. 帶高速前置分頻器的鎖相頻率合成器,圖10-28 具有高速前

28、置分頻器的頻率合成器, 采用上限頻率高的高速前置分頻器M，可以降低程序分頻器的工作頻率M倍，能解決程序分頻器上限頻率不高的矛盾。, 壓控振蕩器的輸出信號頻率 f0=MNfR。由于M是一固定值，則頻率間隔為MfR，比沒有前置分頻器的要大M倍。,4. 雙模前置分頻鎖相頻率合成器,圖10-29 吞脈沖可變分頻器原理圖,為解決高的VCO輸出頻率和低速程序分頻器的矛盾，并保證合適的頻率間隔，可采用雙模前置分頻器的鎖相頻率合成器，又稱吞脈沖鎖相頻率合成器。,2、吞脈沖可變分頻器,（1）雙模前置分頻鎖相頻率合成器的分頻器是由高速雙模前置分頻器（p/p+1）、吞脈沖計數(shù)器A，程序計數(shù)器N和模式控制邏輯電路組成

29、。,（2）A計數(shù)器和N計數(shù)器均為減法計數(shù)器。,（3）雙模前置分頻的分頻比受控制邏輯電路換模信號MC控制，MC為低電平“0”，分頻比為P+1。MC為高電平“1”，分頻比為P。,（4）工作過程：先預(yù)置A計數(shù)器為A，N計數(shù)器為N。起始MC為“0”，雙模分頻器分頻比為P+1。此時每輸入（P+1）個VCO脈沖，雙模分頻器輸出一個脈沖，該脈沖同時送到A計數(shù)器和N計數(shù)器進(jìn)行減法計數(shù)。當(dāng)雙模分頻器輸出A個脈沖，也就是VCO輸出（P+1）A個脈沖時，A計數(shù)器為0，由控制邏輯產(chǎn)生MC為“1”，使雙模分頻器分頻比為P。VCO繼續(xù)給雙模分頻器輸入脈沖時，A計數(shù)器停止計數(shù)，N計數(shù)器繼續(xù)從（N-A）進(jìn)行減法計數(shù)。當(dāng)VCO再送給雙模分頻器（N-A）P個脈沖后，N計數(shù)器為0。這時N計數(shù)器產(chǎn)生一輸出脈沖給鑒相器進(jìn)行鑒相，與此同時控制邏輯MC變?yōu)椤?”，又開始新的工作周期。,5、總分頻比NT,6、用于鎖相環(huán)路中，VCO輸出頻率為,注意：N計數(shù)器的預(yù)置N必須大于A計數(shù)器預(yù)置A