锁相技术第7章频率合成

《锁相技术》第7章锁相频率合成器1第七章锁相频率合成第一节概述1.概念频率合成器是将一个高精确度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等对它进行加、减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样精确度和稳定度的频率源。2.应用频率合成器在雷达、通信、遥控遥测、电视广播和电子测量仪器等方面得到了广泛的应用。《锁相技术》第7章锁相频率合成器23.频率合成器的主要技术指标①频率范围：频率合成器的工作频率范围。不同的用途有不同的频率范围。②频率间隔：频率合成器输出的相邻两个频率之间的最小间隔。又称频率分辨率。rf③频率转换时间：频率合成器输出频率转换后，达到稳定工作所需的时间。它和采用的的方法有关。st④频率稳定度：在规定的时间间隔内，频率合成器输出频率偏离规定值的量。和之间的关系：rfstrsft25工程上可用的经验公式《锁相技术》第7章锁相频率合成器34.频率合成的方法①直接频率合成：利用混频器、倍频器、分频器和带通滤波器来完成对频率的四则运算。双混频—分频模块：其中：iiffff1021优缺点：频率转换速度快，但体积大，成本高，输出信号中有寄生频率。图7-1双混频-分频模块（二）P153P164图6－19《锁相技术》第7章锁相频率合成器4锁相频率合成的基本框图②.间接频率合成----应用锁相环实现频率合成环路锁定后：NfffodrroNff参考基准频率，一般由晶体振荡器构成。可编程分频器，N为分频次数。和有相同的频率稳定度。由于N是可编程的，不同的分频次数就有不同的频率输出，而且相邻的两个频率之间的频率增量为。ofrfrf比较频率《锁相技术》第7章锁相频率合成器5③.直接数字频率合成计算机或微处理器根据某种算法或通过查表获得所需波形各点的值，经过D/A转换器输出波形。计算机/微处理器D/A《锁相技术》第7章锁相频率合成器6第二节变模分频合成器1.前置分频PLL频率合成器df环路锁定后：VNfffodrroVfNf问题：①增加前置分频器，解决了输出频率高于程序分频器的工作频率的问题，提高了输出频率范围。一、变模分频合成器方法《锁相技术》第7章锁相频率合成器7解决的办法：不改变频率分辨率，同时提高输出频率范围，采用“变模分频器”。②输出频率增量为，频率分辨率降低了。rVf③如果保持原有的频率分辨率，需要使参考频率降低为，同时又使得增长了V倍。rfVfrstrrsfVVft2525《锁相技术》第7章锁相频率合成器82.双模分频PLL频率合成器df模式控制=HV+1模式控制=LV是减法计数的可编程分频器，且21NN21,NN《锁相技术》第7章锁相频率合成器9工作原理：21,NN①当都未计数到零时，模式控制为“H”，变模分频器的分频比为（V+1），其输出为。)1(Vfo②当计数到零时，通过与门使停止工作，同时模式控制为“L”，变模分频器的分频比为V，其输出为。此时总共计数了个周期。Vfo2N2N)1(2VNoT③经过次计数后，计数器为零，此时又计数了个周期。1N)(21NNVNN)(21oT总分频比：21212)()1(NVNNNVNVDDffod《锁相技术》第7章锁相频率合成器10环路锁定时：drffrrofNVNDff)(21例：90;1910;1021NNV10001010minD19991910maxD频率分辨率为rf②频率合成器的频率分辨率为，转换时间不受影响。rf总结：①采用双模分频器，使可编程分频器的工作频率降低为或。Vfo)1(Vfo为频率粗调，为频率细调。1N2N《锁相技术》第7章锁相频率合成器113.下变频PLL频率合成器dfNfffMod标准参考频率环路锁定时：drffMrofNff采用混频器，使可编程分频器的工作频率降低为。)(Moff《锁相技术》第7章锁相频率合成器12调谐时，只需改变N，就可以搜索到频段内所有的电台信号。实例：调频收音机中本振信号的产生FM波段：88----108MHZ；中频频率：10.7MHZ；频段内各电台载频之间的间隔。要求采用下变频PLL频率合成器产生本振信号，且混频频率为90MHZ。KHz10FM收音机本振频率范围：98.7----118.7MHZ合成器需产生的信号频率范围。ofMHzfKHzfMr90;10MrofNff2870870N《锁相技术》第7章锁相频率合成器13二、集成频率合成器集成频率合成器区别于通用单片集成锁相环，通常总是把频率合成器中性质相同(或相近)的参考振荡器、参考分频器、数字鉴相器、程序分频器、各种逻辑控制电路以及高速双模或多模前置分频器等部件集成在一个或几个单片中（VCO不在其中），以构成集成频率合成器的电路系统。介绍几种典型的集成频率合成器的工作原理及应用。《锁相技术》第7章锁相频率合成器141、中规模集成频率合成器MC145106方框图外接VCO外接晶体外接LF选择参考分频比选择程序分频比《锁相技术》第7章锁相频率合成器15特点及功能：①外接VCO、晶体及LF构成频率合成器。②采用参考分频器获得参考频率，程控分频器获得比较频率，频率合成器的输出频率为的整数倍。rfdfrf③程序分频器的分频系数可以由机械开关、电子开关或微处理器进行预置。④8脚为频率锁定指示。《锁相技术》第7章锁相频率合成器162、大规模集成频率合成器MC145152-1可编程的参考分频比程控分频比的粗调程控分频比的细调《锁相技术》第7章锁相频率合成器17三、多环频率合成器1.后置分频器的PLL频率合成器of'ofMfNMffroo'合成器有较高的频率分辨率，参考频率也高，转换时间小。Mfrrfst问题：输出频率低于环路的工作频率，有时难以实现。图7-9后置分频器的PLL合成器《锁相技术》第7章锁相频率合成器18应用举例：将工频为50的电源变为60ZHZHZrZrHMNffNMHf60/65500时，得、，当取解：如上图所示，设计一后置分频器的PLL合成器ZHZH《锁相技术》第7章锁相频率合成器19Boff2.三环锁相频率合成器A环低位环MfNfrAAB环高位环rBBfNfC环相加环BAofff参考频率《锁相技术》第7章锁相频率合成器20工作原理分析：100;100MKHZfr396351;399300BANNA环：KHZKHZMfNfrAA)399300(100100)399300(B环：MHZKHZfNfrBB)6.391.35(100)396351(C环：MHZfffBAo)999.394.35(讨论：①频率分辨率：A环1K（细调）,B环100K（粗调）。②频率转换时间：mSKHZftrs25.01002525③实现了高分辨率，高参考频率，转换时间不变。《锁相技术》第7章锁相频率合成器21第三节小数分频合成器分频原理：利用整数分频器实现小数分频若：N=10.5对输入频率进行10分频和11分频交替进行，其结果相当于10.5分频。推广：3.5FN10)3675(10次分频中进行7次5分频，3次6分频。35.27FN100)35286527(100])1()100([FNFN100次分频中进行65次27分频，35次28分频。《锁相技术》第7章锁相频率合成器22第四节技术指标与设计一、主要技术指标1.频率范围频率范围是指频率合成器输出最低频率fomin和最高频率fomax之间的变化范围，也可用频率覆盖系数表示，即(7-19)minmaxooffk《锁相技术》第7章锁相频率合成器232.频率间隔频率合成器的输出频率是不连续的，以点频方式出现，两相邻点频之间的间隔称为频率间隔，又称为频率分辨率。在锁相频率合成中，整数分频的频率间隔由参考频率fr决定，而小数分频的频率间隔由分频系数N.F中小数.F决定。由频率范围与频率间隔可以确定频率合成器的工作频率点数(波道数)。《锁相技术》第7章锁相频率合成器243.频率稳定度频率稳定度是指一定时间间隔内，频率合成器输出频率的相对变化，通常分为长期、短期与瞬时频率稳定度。长期频率稳定度是指年或月时间范围内频率的相对变化，主要由晶体参考振荡器中晶体的老化特性引起。《锁相技术》第7章锁相频率合成器254.频率转换时间频率转换时间是指频率合成器输出频率从一个工作频点转换到另一个工作频点并稳定工作所需要的时间。对于锁相频率合成，转换时间主要取决于环路的捕获时间，由频率捕获时间与相位捕获时间所构成。环路采用鉴频鉴相器(FPD),频率捕获时间极短，可不考虑，而相位捕获时间大约为参考频率信号周期(1/fr)的25倍左右。因此，锁相频率合成器中，频率转换时间ts为《锁相技术》第7章锁相频率合成器265.频谱纯度频谱纯度是指频率合成器输出频率信号接近正弦波的程度《锁相技术》第7章锁相频率合成器27二、频率合成器实例例1.用MC145106构成的单环锁相频率合成器（民用电台）设计要求：①电台为同频单工工作方式②各信道之间的频率间隔为5KHZ③电台发射状态产生主振载波，26.965--27.405MHZ。④电台接收状态产生第一本机振荡信号和第二本机振荡信号。1Lf2Lf1Lf混频1混频22Lf第一中频10.695MHZ第二中频455KHZ26.965—27.405MHZ混频1、2采用低本振方式MHZfL710.16270.161MHZfL24.102《锁相技术》第7章锁相频率合成器28ofMf电路实现：（MC145106）rfdf①频率分辨率：KHZMHZfr52224.1010②频率合成器的发射和接收状态由R/T端控制，对应不同的分频系数。RTNNN;《锁相技术》第7章锁相频率合成器29④发射状态：③锁定时：rMofNffMrofNffMHZKHZNMHZT6.255)405.27965.26(361273TN⑤接收状态：MHZfL24.102（参考频率直接得到）由和合成器输出频率混频后获得，此时环路的工作频率和发射状态不同。1Lf2LfMHZfo)950.26510.26(24.10)710.16270.16(MHZKHZNMHZR6.255)950.26510.26(270182RN《锁相技术》第7章锁相频率合成器30例2.MC145106构成的VHF调频电台（双环）rAfrBf《锁相技术》第7章锁相频率合成器31PLL(PhaseLockedLoops)设计流程第1步指定输入输出频率范围第4步是否抑制噪声开始第2步确定分频比（或N的范围）第3步确定阻尼因子（或的范围）第6步选择PD类型计算Ud第5步考虑噪声时的电路类型选择和参数确定YN确定及变化范围ioff,结束第7步指定VCO计算Ko确定VCO外围参数第8步指定LF的类型第11步求出LF的元件参数第9步确定用户指定的PLL动态特性如:第10步计算及第5步第6步n21,)...(,,,ePLPTTN=1或或N是变量17.010乘法器异或门鉴频鉴相器JK触发器根据确定定时参数计算VCO的频率范围of考虑:HP,关键指标根据已知公式计算计算电路参数《锁相技术》第7章锁相频率合成器32本章小结鉴相器的电路实现VCO的电路实现典型通用集成锁相环的构成及工作原理典型集成频率合成器的构成及工作原理通过本章的学习，要求了解集成锁相环和集成频率合成器的构成、工作原理（框图）及应用方法。为在工程实践中灵活应用锁相环奠定基础。作业：P1717－1、7－2