集成电路（压控振荡器，锁相环）组成的频率
调制器与解调器
实验项目名称集成电路（压控振荡器，锁相环）组成的频率调制器与解调器
实验项目目的1．了解压控振荡器和他构成的频率调制的原理；
2．掌握集成电路LM566构成的频率调制器的工作原理；3．了解锁相环的原理和他构成频率解调器的原理；4．掌握集成电路LM565构成频率解调器的工作原理。
实验项目简介高频电子线路课程的实践性很强，结合本专业学生特点，在高频电路实验的学习和研究过程中，学习了用模拟乘法器实现幅度调制和解调，由于课时限制没有学习频率调制和解调。利用开放实验用压控振荡器和锁相环组成调制和解调器，可以让学生进一步学习调制和解调的方法，可以扩展知识面和动手能力。此实验用压控振荡器组成频率调制器，用锁相环组成频率解调器，主要有以下6项内容 : 1.观察测量压控振荡器时基电阻R和时基电容C对频率的影响；2.观察测量输入电压对输出频率的影响(直流调制特性)；3.用压控振荡器组成FM频率调制器；4. 用压控振荡器组成FSK频率调制器；5. 用锁相环组成频率解调器解调FM信号；6.用锁相环组成频率解调器解调FSK信号。使学生掌握高频电子线路的设计、调整和测试技能。
适用专业物理和电信专业
开设时间建议每学年的第一二学期
对学生专业知
识与技能要求
已经修过模拟电子线路、高频电子线路的电信、物理专业的学生实验计划课时 6
二．实验原理与内容：
（一）集成电路566（压控振荡器）组成的频率调制器
1．LM566简介
LM566简介是一种积分-施密特触发电路型的单片集成Vco 电路，其管脚排列如图1－1所示。其中8脚接正电源，1脚接负电源（或地），2脚悬空，3脚输出方波，4脚输出三角波，5脚接输入电压，6脚接定时电阻RT ，7脚接定时电容CT 。LM566的内部框图如图1－2所示。图中的幅度鉴别器实为施密特触发器，其正向触发电平为Vsp,反向触发电平为Vsm 。当电容 CT 充电时，开关S1接通、S2断开，从而Vcc 经由RT 、恒流源I 0对CT 形成恒流的充电回路。电容CT 上电压V7线形上升，控制电压形成电路输出V0为低电平。当V7电压达到Vsp 时，幅度鉴别器翻转，使控制电压形成电路输出V0转换为高电平，引起开关S1断开，S2接通，从而恒流源I0全部流入A 支路，既I6=I0。由于电流转发器的特点，使得I7=I6，因而I7=I0,该电流由CT 提供。于是电容CT 经由电流转发器而放电，V7线形下降，V0保持高电平不变。当V7达到Vsm 时，又引起幅度鉴别器翻转，使V0转换为低电平，引起开关S1接通，S2断开，重新对CT 充电，如此
周而复始。I7及V0波形如图1－3所示。
图1－1 566管脚排列 图1－2 566框图
由于电压控制输出频率，因而其本质就是一个
调频器。输入调制信号可加在5脚上，只是566
输出的是调频方波或调频三角波（载波不是正弦
波）而已。改变定时元件RT 、CT 可改变载波频率，
（或称中心频率），其表达式为：
858
2()()T T V V f Hz R C V -=?? RT 、CT 为时基电阻和电容，V5、V8为566管
脚5、8的对地电压。
2．LM566组成的频率调制器
LM566组成的频率调制器实验电路如图1－4所
示。图中采用了＋5V 和－5V 两路直流电源，分别
接到8脚和1脚上。C1定时电容，R3和Rp1一起
组成了定时电阻，调节Rp1可改变定时电阻的数值。 图1－3 波形图
5脚输入有两种工作方式：一是静态工作（连接C2与RP2后接入5脚），由5脚输入直流电压，输出为未调载波（直流电压调制）。二是动态工作（断开C2与RP2连接），从IN端输入的调制信号，再与R6上分得的直流电压相叠加，一起加入到5脚上，从而输出为已调波。根据需要，可在3脚R1端输出方波，
在4脚R2端输出三角波
因而本实验输出的是调频非正弦波。
图1－4 566构成的频率调制器图1－5 输入信号电路
3．实验内容与步骤
1）观察 R、C1 对频率的影响
这里所说的 R ＝ R3 ＋ Rp1, 按图1-4接线，将 Cl 接入 566 管脚⑦， Rp2 及 C2 接至566 管脚⑤；接通± 5V 电源。调 Rp2 使Ⅴ 5 ＝ 3. 5 Ⅴ，将频率计接至 566 管脚③，改变 Rp1 ，观察方波输出信号频率，记录当 R 为最大值和最小值时的输出频率。并填入表1-1 中。表1-1
R 值R min R max
频率 f 测量值
计算值
误差
当 R 分别为 Rmax 和 Rmin 及 C1 ＝ 2200pF 时，计算这二种情况下的频率，并与实验测量值进行比较。用双踪示波器观察并记录 R ＝ R max 时方波及三角波的输出波形。
2）输入直流电压对输出频率的影响
先调 Rp1 至最大，然后改变 Rp2 调整输入电压，测量当 V5 在 2.2V ～ 4.2V 变化时输出频率 f 的变化， V5 按 0.2V 递增。将测得的结果填入表1-2
表1-2
V 5 (V) 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2
f(MHZ)
3） 交流调频信号电压对输出频率的影响
仍将 R 设置为最大，断开⑤脚所接 C2 、 Rp2 ，将图 3.9-7 （即：输入信号电路）的输出 OUT 接至图 3.9-6 中 566 的⑤脚。
（ 1 ）将函数发生器的正弦波调制信号 V i （输入的调制信号）置为 f ＝ 5KHz 、 Vp-p ＝ 1V ，然后接至图 3.9-6 电路的IN 端。用双踪示波器同时观察输入信号 V i 和 566 管脚③的调频（ FM ）方波输出信号，观察并记录当输入信号幅度 Vp-p 和频率 fm 有微小变化时，输出波形如何变化。注意：输入信号 V i 的 Vp-p 不要大于 1.3V 。
注意：为了更好的用示波器观察频率随电压的变化情况，可适当微调调制信号的频率，即可达到理想的观察效果。
（ 2 ）调制信号改用方波信号 V i ，使用频率 f m ＝ 1KHz ， Vp-p ＝ 1 Ⅴ，用双踪示波器观察并记录 V i 和 566 管脚③的调频（ FM ）方波输出信号。
（二）集成（锁相环）电路构成的频率解调器
集成锁相环（Phase Locked Loop:PLL ），简称PLL 。按其组成器件的电路形式，可以分为模拟锁相环和数字锁相换两大类，模拟锁相环的特点是以模拟电路为主，大都是双极型的，这类单片集成锁相环的品种很多，国外的产品有NE560,561,562,564,565等，国内
的产品有SL565,L562,L564,KD801,KD8041,BG322,X38等等。数字锁相环是随着数字技术发展起来的，其组成电路大部分采用TTL 逻辑电路，或ECL 逻辑电路。近几年CMOS 电路反展迅速，出现了CMOS 锁相环，国外产品CD4046,MC14046等，国内产品有J691,5G4046,CC4046等等，目前CMOS 单片集成锁相环的品种也越来越多。
1． 锁相环的组成电路
模拟锁相环有三个最基本的组成部分：鉴相器PD,环路滤波器LF 和压控振荡器VCO 等，如图2－1所示，PD 、LF 、VCO 形成一个闭合的相位反馈控制系统。
图2－1 锁相环路框图
1） PD 的功用
PD 是一个相位比较器，它把输入标频信号Vi(t)和VCO 输出信号Vo(t)进行相位比较，产生对应于两信号相位差的误差电压Vd(t)，起到相位差——电压变换作用。
PD 普遍采用双平衡相乘电路，它把Vi(t)和Vo(t)相乘产生和频和差频，通过低通滤波器滤除和品和其他谐波分量，得到一个对应于两信号相位差的误差电压Vd(t). 设输入信号为： PD
LF VCO 鉴频
输出
Vd(t) Vc(t) Vo(t)
Vi(t) VVi
()cos[()]i im i i V t V t t ωθ=+
VCO 输出信号为：()cos[()]o om o V t V t o t ωθ=+
相乘后得到：
1()()(){cos[()()()]2
cos[()()()]
dm i im om i o i i o i V t V t Vo t V V t t o t t t o t ωωθθωωθθ=?=-+-++++ 低通滤波器滤除和频分量，同时考虑环路进入锁定时为同频鉴相，即i o ωω=，则鉴相输出电压为：
1()cos[()()]2
cos ()
()()()
12d im om i d o d im om V t V V t o t K t t i t t K V V θθθθθθ=-=??=-=其中，
Kd 称之为鉴相灵敏度，单位为V/弧度。由上式知鉴相输出电压Vd(t)为一个仅与两信号相位差有关的电压，当环路完全锁定时，相差为一个固定值，即i o θθθ?=-不变，Vd 也为一直流电压。
2） LF 的作用
LF 的作用是滤除误差电压Vd(t)中的高频分量和噪声，得到更纯的控制电压Vc(t),去控制VCO 的输出频率fo ，它起到传递作用。
模拟锁相环中的环路滤波器通常采用RC 低通滤波器、RC 比例积分滤波器和电流型低通滤波器，本实验采用RC 比例积分滤波器如图2－2所示。其传递函数为：
21211()
F j CR K j C R R ωω+=++ 2222222
1211()F C R K C R R ωω+=++ 11212()tg R C tg C R R ?ωω--=-+
1212()c f R R C π=+ 图2－2 RC 比例积分低通滤波器
RC 比例积分滤波器提供的相移可通过改变R1,R2的比值来来调节其大小和正负（超前或迟后）因而可改善环路捕捉性能和工作稳定性。电路中的R1通常都集成在单片内，R2和C 则采用外接元件，该滤波器不仅能积累缓变信号和平滑狭窄脉冲干扰，对误差电压还能进行放大，提高了环路增益，加速了环路跟踪速度，减小了捕捉时间。
R1
R2 C
3） VCO 的功能
VCO 的频率受控制电压Vc(t)的控制，随Vc(t)的变化而变化，VCO 是一个电压－频率（或相位）变换电路。模拟锁相环中，VCO 一般采用设计定时多谐振荡器或积分式施密特触发多谐振荡器，以及差动式压控振荡器。本实验采用积分式施密特触发多谐振荡器，振荡频率和控制电压Vc(t)的关系可用下式表示：
()o o c f K V t =
式中Ko 为比例常数。称为VCO 的压控灵敏度，单位为Hz/V 或/rad V S ?。kO 越大,控制灵敏度越高,这种控制关系可用如图2-3所示的压控特性表示.图中可见,压控灵敏度Ko 就是控制特性曲线线性段的斜率. F1
图2－3 VCO 压控特性
2.LM565锁相环介绍
LM565 的管脚排列及框图见图2－4所示, 其中10脚接正电源，1脚接负电源（或地），2脚、3脚鉴相器输入端，4脚压控振荡器的输出频率端，5脚相位鉴频器VCO 输入端，6脚参考电压输出， 7脚VCO 的控制电压端，8脚接时基电阻，9脚接时基电容，11，12，13，14脚悬空。
由LM565的内部框图知，该集成电路由相位鉴频器 , 压控振荡器和放大器三部分组成 . 相位鉴频器由双平衡模拟乘法器构成 , 压控振荡器为积分施密特电路，与LM566完全一致。鉴相器有两路输入，一路为外加的FM/RF 差分输入（②、
③脚），设输入信号为 e1，其频率为 f1 ；另一路为
5脚加入的PD 输入，它可直接来自内部压控振荡器输
出（4脚），设信号为e2,把两者分开的目的是便于插
入分频器。本实验将④脚与⑤脚连接在一起 , 作为反
馈信号送到相位鉴别器，其频率为 f2 。频率 f1 与 f2
经相位鉴频器比较后，输出一个缓变信号 , 送到放大
器放大，放大器的集电极负载R1(典型值为3.6K)与7
脚的外接电阻R2，C 一起组成环路滤波器，其输出加到
压控振荡器(VCO)上，由4脚取出，另外接到8脚和9
脚的时基电阻和电容决定VCO 振荡频率，⑥脚提供一个
基准电压输出 , ⑦脚为 VCO 的控制电压输出 , 放大
器放大后的信号经⑦脚送至压控振荡器 VCO 的输入
端，控制 VCO ，使其输出信号频率 f2 发生变化，这
Vc(t) f(t)
F1
F2
Vc1 Vc2
一过程循环进行，直至 f2 ＝ f1 为止，这时称为锁相环锁定。①脚为 -5V 电源接入端, ⑩为 +5V
图2－4 565框图及管脚排列
3． LM565组成的频率解调器
LM565是一种工作频率从 0.001HZ 到 500KHZ 的自适应滤波器和解调器，其实验电路如图2－5所示，其中LM565如前所述，C6是定时电容，R6+Rp是定时电阻，为保证鉴相器正常工作，电路采用对称双电源工作，2，3脚通过电阻接零电平介接入，7脚外接电阻与电容支路与内接电阻R1构成RC比例积分滤波器。在7脚上产生的误差控制电压Vc（t），直接馈送给VCO的控制端，6脚输出一个与7脚输出电压相等的参考电压，在6，7脚接入LM311是一个电压比较器，用来把LM565的7脚输出的三角波变换为方波。为此，把LM565的7脚输出加到LM311的一个输入端（3脚）上，又把LM565的6脚输出的基准电压加到LM311的另一端（2脚）上，用作比较电平，便可在LM311的输出端（OUT）得到已解调的方波信号。调节Rp可改变LM311的比较电平，从而可调节OUT端输出方波的占空比。
图2－5 565组成的频率解调器
4．实验内容与步骤
1）自激振荡观察
按要求接好电源，在565鉴频单元IN端先不接输入信号，把示波器接到A点，便可观察到VCO自激振荡产生的方波（峰－峰值4.5V左右）。
2）正弦波解调
调 Rp 使其中 VCO 的输出频率 f0 （④脚）为 50KHz 。按566的实验内容要求获得调频方波输出信号（③脚），要求输入的正弦调制信号υi 为： Vp_ p ＝ O.3V ， f ＝1KHz ，然后将其接至 565 锁相环的 IN 输入端，顺时针调节 566 的 Rpl 使 R 最大，用双踪示波器观察并记录 566 的输入调制信号υi 和 565 解调输出信号υ O (B 点 ) 。
3）相移键控解调器：用峰峰值 Vp_p ＝ O.3 ， fm ＝ 1kHz 的方波做调制信号送给调制器566 ，分别观察调制器 566 的方波调制信号、解调器 565 的解调输出信号及比较器 311 的输出信号。比较两个信号的变化情况，并分析其原因。
考核指标与学生成绩评定
根据学生课堂表现和实验报告书写的情况确定
学生实验报告撰写要求
1 、说明压控振荡器LM566 （ VCO 的单片集成电路）的工作原理。
2 、说明压控振荡器输入直流电压、输入交流电压对振荡频率的影响，整理实验结果，画出波形图，说明调频概念。
3 、根据实验，说明压控振荡器外接电阻 R 的作用，计算当 R 最大、最小时 566 的输出频率，并与实验结果进行比较。
4 .整理全部实验数据、波形及曲线，观察并画出调频波信号。
1、5.分析用集成电路（ 566 、 565 ）构成的调频器和解调器在联机过程中遇到的问题及
解决方
2、
综合课程设计 频率合成器的设计与仿真
前言 现代通信系统中，为确保通信的稳定与可靠，对通信设备的频率准确率和稳定度提出了极高的要求. 随着电子技术的发展，要求信号的频率越来越准确和越来越稳定，一般的振荡器已不能满足系统设计的要求。晶体振荡器的高准确度和高稳定度早已被人们认识，成为各种电子系统的必选部件。但是晶体振荡器的频率变化范围很小，其频率值不高，很难满足通信、雷达、测控、仪器仪表等电子系统的需求，在这些应用领域，往往需要在一个频率范围内提供一系列高准确度和高稳定度的频率源，这就需要应用频率合成技术来满足这一需求。 本次实验利用SystemView实现通信系统中锁相频率合成器的仿真，并对结果进行了分析。 一、频率合成器简介 频率合成是指以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率，这些输出频率的准确度与稳定度与参考频率是一致的。用来产生这些频率的部件就成为频率合成器或频率综合器。频率合成器通过一个或多个标准频率产生大量的输出频率，它是通过对标准频率在频域进行加、减、乘、除来实现的，可以用混频、倍频和分频等电路来实现。其主要技术指标包括频率范围、频率间隔、准确度、频率稳定度、频率纯度以及体积、重量、功能和成本。 频率合成器的合成方法有直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波，从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。该方法频率转换时间快(小于100ns)，但是体积大、功耗大，成本高，目前已基本不被采用。锁相频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算，其结构是一种闭环系统。其主要优势在于结构简化、便于集成，且频率纯度高，目前广泛应用于各种电子系统。直接式频率合成器中所固有的那些缺点，在锁相频率合成器中大大减少。 本次实验设计的是锁相频率合成器。
压控振荡器（VCO 一应用范围 用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。 二基本工作原理 利用变容管结电容Cj 随反向偏置电压VT 变化而变化的特点（VT=OV 时Cj 是最大值，一 般变容管VT 落在2V-8V 压间，Cj 呈线性变化，VT 在8-10V 则一般为非线性变化，如图1 所示，VT 在10-20V 时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当 改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO 。 压控振荡器的调谐电压 VT 要针对所要求的产品类别及典型应用环境（例如用户提供调谐要 求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等 ）来选择或设计，不同的压控振荡器， 对调谐电压VT 有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者， VT 选在1-10V ，对宽 频带调谐时，VT 则多选择1-20V 或1-24V 。图1为变容二极管的V — C 特性曲线。 图1变容二极管的V — C 特性曲线 三压控振荡器的基本参数 1工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“ MHZ 或 “GHz 。 2输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用 Po 表示。通常单位为“ dBmW 。 3输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△ P 表示，通常 单位为“ dBmW 。 4调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V 时，引起振荡频率的变化量，用 MHz/ △ VT 表示，在线性区，灵敏度最咼，在非线性区灵敏度降低。 5谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制 =10Log （P 基波/P 谐波）（dBmw ）。 6推频系数：定义为供电电压每变化1V 时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用 MHz/V 表 示。 7相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移主振 f0为fm 的带内，各杂散能量的总和按fin 平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz 相位噪 声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm 越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定 WV) 0 8 10
锁相环的原理 2007-01-23 00:24 1．锁相环的基本组成 许多电子设备要正常工作，通常需要外部的 输入信号与部的振荡信号同步，利用锁相环 路就可以实现这个目的。 锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PLL）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路部振荡信号的频率和相位。 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图8-4-1所示。 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成u D（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压u C（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。 2．锁相环的工作原理 锁相环中的鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图8-4-2所示。鉴相器的工作原理是：设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为： （8-4-1） （8-4-2） 式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率，称为电路的固有振荡角频率。则模拟乘法器的输出电压u D为： 用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉，剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压u C （t）。即u C（t）为： （8-4-3） 式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率，θi（t）和θO（t）分别为输入信号和输出信号的瞬时位相，根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为：
锁相环（PLL）频率合成调谐器 调谐器俗称高频头，是对接收来的高频电视信号进行放大（选频放大）并通过内部的变频器把所接收到的各频道电视信号，变为一固定频率的图像中频（38MHz）和伴音中频以利于后续电路（声表面滤波器、中放等）对信号进行处理。 调谐器（高频头）原理： 高频放大：把接收来的高频电视信号进行选频放大。 本机振荡器：产生始终高于高频电视信号图像载频38MHz的等幅载波，送往混频器。 混频器：把高频放大器送来的电视信号和本机振荡器送来的本振等幅波，进行混频产生38MHz的差拍信号（即所接收的中频电视信号）输出送往预中放及声表面滤波器。 结论：简单的说：只要改变本机振荡器的频率即可达到选台的目的） 一、电压合成调谐器：早期彩色电视接收机大部分均采用电压合成高频调谐器，其调谐器的选台及波段切换均由CPU输出的控制电压来实现（L、H、U波段切换电压及调谐选台电压），其中调谐选台电压用来控制选频回路和本振回路的谐振频率，调谐选台电压的任何变化都将导致本机振荡器频率偏移，选台不准确、频偏、频漂。为了保证本机振荡器频率频率稳定，必须加上AFT系统。由于AFT系统中中放限幅调谐回路和移相网络一般由LC谐振回路构成，这个谐振回路是不稳定的，这就造成了高频调谐器本机振荡器频率不稳，也极易造成频偏、频漂。
二、频率合成调谐器 1、频率合成的基本含义：是指用若干个单一频率的正弦波合成多个新的频率分量的方法（频率合成调谐器的本振频率是由晶振分频合成的）。 频率合成的方法有很多种。下图为混频式频率合成器方框图 以上图中除了三个基频外还有其“和频”及“差频”输出（还有各个频率的高次谐波输出）。 输出信号的频率稳定性由基准信号频率稳定性决定，而且输出信号频率误差等于各基准信号误差之和，因此要想减少误差除了要提高基准信号稳定度之外还应减少基准信号的个数。 2、锁相环频率合成器： 其方框图类似于彩色电视接收机中的副载波恢复电路，只是在输入回路插入了一个基准信号分频器（代替色同步信号输入）而在反馈支路插入一个可编程分频器（代替900移相）。当环路锁定时存在如下关系： ∵ fk=f0 / K 式中：fvco为压控振荡器输出信号频率。 fn=fvco / N f0 为晶振基准频率。 fk=fn K为分频系数。 ∴ fvco=N?fo / K N为可变分频器的分频系数（分频比） 彩色电视机幅载波恢复电路
实验十 集成电路（压控振荡器）构成的频率调制器 一、实验目的 1.进一步了解压控振荡器和用它构成频率调制的原理 2.掌握集成电路频率调制器的工作原理。 二、预习要求 1.查阅有关集成电路压控振荡器资料。 2.认真阅读指导书，了解566（VOC 的单片集成电路）的内部电路及原理。 3.高清566外接元件的作用。 三、实验仪器设备 1.双踪示波器 2.频率计 3.万用表 4.电容表 5.实验板G5 四、实验电路说明 图9-1为566型单片集成VCO 的框图及管脚排列 图9-1中幅度鉴别器，其正向触发电平定义为Vsp ，反向触发电平定义为VSM ，当电容C 充电使其电压V7（566管脚⑦对地的电压）上升至VSP ，此时幅度鉴别器翻转，输出为高电平，从而使内部的控制电压形成电路的输出电压，该电压Vo 为高电平；当电容C 放电时，其电压V7下降，降至VSM 时高度鉴别器再次翻转，输出为低电平而使Vo 也变为低电平，用Vo 的高、低电平控制S1和S2两开关的闭合与断开。Vo 为低电平时S1闭合，S2断开，这时I6=I7=0，Io 全部给电容C 充电，使V7上升，由于Io 为恒流源，V7线性斜升，升至VSP 时，Vo 跳变高电平，Vo 高电平时控制S2闭合，S1断开，恒流源Io 全部流入A 支路，即I6=Io ，由于电流转发器的特性，B 支路电流I7应等于I6，所以I7=Io ，该电流由C 放电电流提供，因此V7线性斜降，V7降至VSM 时Vo 跳变为低电平，如此周而复始循环下去，I7及Vo 波形如图9-2。 图9-1 图9-2
566输出的方波及三角波的载波频率（或称中心频率）可用外加电阻R 和外加电容C 来确定。 )(858Hz V C R V V f ??-= 其中：R 为时基电阻 C 为时基电容 V8是566管脚⑧至地的电压 V5是566管脚⑤至地的电压 五、实验内容及步骤 实验电路见图9-3 图9-3 566构成的调频器 图9-4 输入信号电路 1.按图接线，观察R 、C1对频率的影响（其中R=R3+RP1）。 ① 将C1接入566管脚⑦，Rp2及C2接至566管脚⑤；接通电源（±5V ）。 ② 调Rp2使V5=3.5V ，将频率计接至566管脚③，改变RP1观察方波输出信号频率，记录当R 为最大和最小值时的输出频率。当R 分别为Rmax 和Rmin 及C1=2200时，计算这二种情况下的频率，并与实际测量值进行比较。用双踪示波器观察并记录R=Rmin 时方波及三角波的输出波形。 当R 最小时，理论值)(8 58max Hz V C R V V f ??-= =45.45KHz 测量值KHz V C R V V f 608.388 58max =??-= 当R 最大时，理论值KHz V C R V V f 09.348 58min =??-= 测量值KHz V C R V V f 368.29858min =??-= 误差分析：实验室中有的器件老化了，接线柱上两个距离近的接口用了一根很长的导线等，都会导致精确度不高，还有测量时电压不稳定，也会导致测量时候数据的不准确。 2.观察输入电压对输出频率的影响 ①直流电压控制：先调RP1至最大，然后改变RP2调整输入电压，测当V5在2.2V~4.2V 变化时输出频率f 的变化，V5按0.2V 递增。将测得的结果填入表9.1。 表9.1 V5（V ） 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0 4.2 f （KHz ） 60.1 57.0 53.1 48.7 43.5 37.4 30.8 24.1 17.5 10.8 4.0
第16卷 第6期V ol.16 N o.6重庆工学院学报 Journal of Chongqing Institute of T echnology 2002年12月 Dec.2002 文章编号:1671—0924(2002)06—0045—05 频率合成技术及其实现 Ξ 张 建 斌 (常州技术师范学院电信系,江苏常州 213001) 摘要:综述了两种频率合成技术的原理、特点、工程设计应注意的问题及各种实现方法。关键 词:频率合成;锁相环;直接数字频率合成;FPG A ;DSP 中图分类号:T N925+16 文献标识码:A 0 引言 高性能频率源是通信、广播、雷达、电子侦察和对抗、精密测量仪器的重要组成部分。现代通信技术的飞速发展对频率源提出了越来越高的要求。性能卓越的频率源均通过频率合成技术来实现。频率合成技术是指将一个高稳定度和高精确度的标准频率经过一定变换,产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术。按频率合成技术的发展过程,可将频率合成的方法按其型式分为三大类:直接式频率合成器、锁相式频率合成器和直接数字式频率合成器。在直接式频率合成器中,基准信号直接经过混频、分频、倍频、滤波等频率变换,最后产生大量离散频 率的信号。这种方法虽然频率转换时间短、并能产生任意 小数值的频率间隔,但由于其频率范围有限,而更重要的是由于其中采用了大量的混频、分频、倍频、滤波等电路,使频率合成器不仅带来了庞大的体积和重量,耗电多、成本高,而且输出的谐波、噪声及寄生频率多且难以抑制,因而现在已很少使用。 1 频率合成器的原理 1.1 锁相频率合成器[1] 锁相频率合成器基于锁相环(P LL )进行工作,其基本组成如图1所示 : 图1 P LL 的基本组成 图1中,f r 为标准频率,发射系统中为晶体振荡器产生的标准频率信号,接收系统中为收到的标准频率信号。 f 0为锁相环路输出信号的频率。当环路锁定时,则有f 0=Nf r 。因此,通过频率选择开关改变分频比N ,可使压控振 荡器的输出信号频率被控制在不同的频道上,其频道间隔即频率分辨率为f r 。这便是锁相频率合成器的基本工作原理,图1所示也称为单环频率合成器。图1的单环频率合成器存在一些缺陷,以致于难于同时满足合成器在频带宽 度、频率分辨率和频率转换时间等多方面的性能要求。因此,实际常采用多环频率合成器、双模分频频率合成器或小数分频频率合成器等方法来解决这些矛盾。 1.2 直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis ———DDS )1. 2.1 DDS 的基本原理 直接数字式频率合成技术是根据周期信号的波形特点(一个周期内不同的相位处对应不同的电压幅度)、 Nyquist 取样定律及数字计算技术,把一系列事先对模拟周 Ξ收稿日期:2002-09-03 作者简介:张建斌(1966-),男(汉族),陕西人,副教授,主要从事频率合成、无线通信研究.
锁相频率合成器的设计 引言： 锁相频率合成器是基于锁相环路的同步原理，有一个高准确度、高稳定度的参考晶体振荡器，合成出许多离散频率。即将某一基准频率经过锁相环的作用产生需要的频率。 一． 设计任务和技术指标 1. 工作频率范围：300kHz —700kHz 2. 电源电压：Vcc=5V 3. 通过原理图确定电路，并画出电路图 4. 计算元件参数选取电路元件（R1，R2，C1及环路滤波器的配置） 5. 组装连接电路，并测试选取元件的正确性 6. 调试并测量电路相关参数（测量相关频率点，输出波形，频率转换时间t c ） 7. 总结并撰写实验报告 二． 设计方案 原理框图如下： 由上图可知，晶体振荡器的频率f i 经过M 固定分频后得步进参考频率f REF ，将f REF 信号作为鉴相器的基准与N 分频器的输出进行比较，鉴相器的输出U d 正比于两路输入信号的相位差，U d 经环路滤波得到一个平均电压U c ，U c 控制VCO 频率f 0的变化，使鉴相器的两路输入信号相位差不断减小，直到鉴相器的输出为零或某一直流电平。锁定后的频率为f i /M=f 0/N=f REF 即f 0=(N/M)f i =Nf REF 。当预置分频数N 变化时，输出信号频率f 0随着发生变化。 三． 电路原理与设计 （一） 晶体振荡器的设计 用2.5M 晶体和非门组成2.5MHz 振荡器。如下图所示： （二） M 分频电路
分频器选用74LS163，M=100 （三）锁相环的设计 CD4046压控振荡电路图如下： 数字锁相环CD4046有两个鉴相器、一个VCO、一个源极跟随器（本实验未用）和一个齐纳二极管组成。鉴相器有两个共用的输入端PCA IN和PCB IN，输入端PCA IN既可以与大信号直接匹配，又可间接与小信号相接。
压控振荡器（VCO） 一应用范围 用于各种发射机载波源、扩频通讯载波源或作为混频器本振源。 二基本工作原理 利用变容管结电容Cj随反向偏置电压VT变化而变化的特点(VT=0V时Cj是最大值，一般变容管VT落在2V-8V压间，Cj呈线性变化，VT在8-10V则一般为非线性变化，如图1所示，VT在10-20V时，非线性十分明显），结合低噪声振荡电路设计制作成为振荡器，当改变变容管的控制电压，振荡器振荡频率随之改变，这样的振荡器称作压控振荡器（VCO）。压控振荡器的调谐电压VT要针对所要求的产品类别及典型应用环境(例如用户提供调谐要求，在锁相环使用中泵源提供的输出控制电压范围等)来选择或设计，不同的压控振荡器，对调谐电压VT有不同的要求，一般而言，对调谐线性有较高要求者，VT选在1-10V，对宽频带调谐时，VT则多选择1-20V或1-24V。图1为变容二极管的V－C特性曲线。 (V) T 图1变容二极管的V－C特性曲线 三压控振荡器的基本参数 1 工作频率：规定调谐电压范围内的频率范围称作工作频率，通常单位为“MHz”或 “GHz”。 2 输出功率：在工作频段内输出功率标称值，用Po表示。通常单位为“dBmw”。 3 输出功率平稳度：指在输出振荡频率范围内，功率波动最大值，用△P表示，通常 单位为“dBmw”。 4 调谐灵敏度：定义为调谐电压每变化1V时，引起振荡频率的变化量，用MHz/ △VT 表示，在线性区，灵敏度最高，在非线性区灵敏度降低。 5 谐波抑制：定义在测试频点，二次谐波抑制=10Log(P基波/P谐波)(dBmw)。 6 推频系数：定义为供电电压每变化1V时，引起的测试频点振荡频率的变化量，用MHz/V表示。 7 相位噪声：可以表述为，由于寄生寄相引起的杂散噪声频谱，在偏移主振f0为fm 的带内，各杂散能量的总和按fin平均值+15f0点频谱能量之比，单位为dBC/Hz；相位噪 声特点是频谱能量集中在f0附近，因此fm越小，相噪测量值就越大，目前测量相噪选定
四川师范大学本科毕业设计 基于数字式锁相环频率合成器的设计与实现 学生姓名 院系名称 专业名称 班级级班 学号 指导教师 完成时间年月日
基于数字式锁相环频率合成器的设计与实现 电子信息工程专业 学生姓名指导老师 摘要随着通信信息技术的快速发展，信号产生的方式多种多样，然而数字式锁相环频率合成器在信号产生技术中扮演了越来越重要的作用，数字式锁相环频率合成器在频率频率稳定度和频谱纯度上，频率输出个数上有着巨大的优势，是其他器件所不能代替的！因此在军用和民用雷达领域，各种导航器以及通信领域广泛运用！ 基于此，本人设计了一个由晶体振荡器和分频器，锁相环路（鉴相器，低通滤波器，压控振荡器）组成的数字式锁相环频率合成器，晶体振荡器的作用是产生一个固定的频率，然后通过分频器得到一个基准频率，锁相环路对基准频率进行频率合成，到最后，合成后的频率经过放大器，使不同的频率的幅度稳定在一定的范围内，这样的话不会是信号不会随着输出频率的变化而减少！ 数字式锁相环频率合成器是开环系统的，频率转换时间很短，分辨率也较高，结构相对简单，成本也不高，输出的频率在稳定度和精准度上也有很大的优势。但是，由于毕业在即时间紧张，本人经验有些不足，希望老师和同学们帮助与指导。 关键词：锁相环频率合成晶体振荡器分频器锁相环路
The Design and Implementation of Digital Pll Frequency S ynthesizer Abstract With the rapid development of communication technology, signal way is varied, but in signal digital phase locked loop frequency synthesizer technology plays an increasingly important role, digital phase locked loop frequency synthesizer on the frequency stability and frequency spectrum purity, frequency output factor has a huge advantage, is cannot replace by other device! So in the field of military and civilian radar, navigator, and widely used communication field. Based on this, I designed a by the crystal oscillator and a frequency divider, phase locked loop (phase discriminator, low-pass filter, a voltage controlled oscillator) consisting of digital phase locked loop frequency synthesizer, the effect of crystal oscillator is a fixed frequency, then a reference frequency is obtained by frequency divider, phase locked loop frequency synthesis was carried out on the fundamental frequency, in the end, after the synthesis of frequency through the amplifier, the size of the different frequency stability in a certain range, so not the signals are not as the change of output frequency and less! Digital phase locked loop frequency synthesizer is the open loop system, frequency conversion time is short, the resolution is higher also, structure is relatively simple, the cost is not high, the output frequency of the in stability and precision also has a great advantage. However, due to the graduation of time is tight, I experience some shortage, hope the teacher and the students help and guidance. Key words: Phase-locked loop Frequency synthesis Crystal oscillator Divider Phase locked loop
目录 1 引言 (2) 2 振荡器的原理 (5) 2.1 振荡器的功能、分类与参数 (5) 2.2 起振条件 (9) 2.3 压控振荡器的数学模型 (10) 3 利用ADS仿真与分析 (11) 3.1 偏置电路的的设计 (12) 3.2 可变电容VC特性曲线测试 (13) 3.3 压控振荡器的设计 (15) 3.4 压控振荡器相位噪声分析 (18) 3.5 VCO振荡频率线性度分析 (23) 4 结论 (24) 致谢 (25) 参考文献 (25)
压控振荡器的设计与仿真 Advanced Design System客户端软件设计 电子信息工程（非师范类）专业 指导教师 摘要：ADS可以进行时域电路仿真，频域电路仿真以及数字信号处理仿真设计，并可对设计结果进行成品率分析与优化，大大提高了复杂电路的设计效率。本论文运用ADS仿真软件对压控振荡器进行仿真设计，设计出满足设计目标的系统，具有良好的输出功率，相位噪声性能及震荡频谱线性度。本论文从器件选型开始，通过ADS软件仿真完成了有源器件选型，带通滤波器选型，振荡器拓扑结构确定，可变电容VC特性曲线，瞬态仿真及谐波平衡仿真。实现了准确可行的射频压控振荡器的计算机辅助设计。关键字：压控振荡器，谐波平衡仿真，ADS 1 引言 振荡器自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在无线电测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压:在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热;某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制;电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。尤其在通信系统电路中，压控振荡器(VCO)是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器电路等更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。 人们对振荡器的研究未曾停止过。从早期的真空管时代当后期的晶体管时代，无论是理论上还是电路结构和性能上，无论是体积上还是制作成本上无疑都取得了飞跃性的
锁相环的发展历史、运用和芯片介绍 摘要：本文分三个部分，主要介绍了锁相环的发展历程，以及频率合成器在现代数字电路系统中的运用，最后，介绍了两块锁相环芯片：集成锁相环芯片Si4133和微波集成锁相环芯片ADF4106。让我们对锁相技术有比较好的认识和理解。 关键字：锁相环频率合成器锁相环芯片 引言：在当今数字电路高速发展的时代，集成电路的规模越来越大，集成的环路器件、通用和专用集成单片PLL，使锁相环逐渐变成了一个低成本、使用简便的多功能器件，使它在更广泛的领域里获得了应用。所以，无论是哪一方面的电路设计，都离不开锁相技术，了解其基本的知识，能对我们理解电路有更好的帮助。 正文： （一）锁相环路的发展历史 锁相技术是通信、导航、广播与电视通信、仪器仪表测量、数字信号处理及国防技术中得到广泛应用的一门重要的自动反馈控制技术。 锁相技术是实现相位自动控制的一门科学，是专门研究系统相位关系的新技术。从30年代发展开始，至今已逐步渗透到各个领域，早期是为了解决接收机的同步接收问题，后来应用在了电视机的扫描电路中，特别是空间技术的出现，极大推动了锁相技术的发展。近来，锁相技术的应用范围已大大拓宽了，在通信、导航、雷达、计算机直
至家用电器。与此同时，锁相技术的结构也从基本的两阶发展到了三阶甚至高阶，从单环发展到了复合强，其中鉴频鉴相器之所构成的锁相环路因其具有易于集成、锁定速度快、锁定范围宽等优点，成为如今广泛应用的一种结构。 对锁相原理的数学理论描述方面，可追溯到20世纪30年代。1932年，在已经建立的同步控制理论基础上，Bellescize提出了同步检波理论，第一次公开发表了对锁相环路(PLL)的数学描述。众所周知，同步检波的关键技术是要产生一个本振信号，该信号要与从接收端送载检波器的输入载波信号频率相同，否则检波器的输出信号会产生很大的误差，即接收端无法恢复出发送端所发送送信号。而一般的自动频率控制技术中，由于有固有的频率误差而无法满足上述要求。而要保持两个振荡信号频率相等，则必然要使这两个信号相位位差保持恒定，反之亦然，这种现象称之为频率同步或相位锁定，也是锁相技术最基本的概念和理论基础。但当时，这一理论并未得到普遍重视，直到1947年，锁相技术才第一次得到实际的应用，被运用在电视机的水平扫描线的同步装置中。50年代，杰费和里希廷第一次发表了有关PLL线性理论分析的论文，解决了PLL最佳化设计的问题。60年代，维特比研究了无噪声PLL的非线性理论问题，发表了相干通信原理的论文，70年代，Lindsy和Charles在做了大量实验的基础上进行了有噪声的一阶、二阶及高阶PLL的非线经理论分析，直到目前，各国学者仍在对锁相理论和运用进行着广泛而深入的研究。由于技术上的复杂性和较高的生产成本，早期PLL的应用领域主要是在航天、精密测量仪器等方面。
锁相环频率合成技术及其应用 在当今的调频广播发送技术中，为了适应对发射机输出频率稳定度和频率准确度的严格要求，以及方便更换发射机频率的需要，在固态调频发射机中普遍使用了锁相技术和频率合成技术。锁相环频率合成器成为固态调频发射机重要的组成部分。 锁相环频率合成器的优点在于其能提供频率稳定度很高的输出信号，能很好地抑制寄生分量，避免大量使用滤波器，因而有利于集成化和小型化。而频率合成器中的程序分频器的分频比可以使用微机进行控制，易于实现发射机频率的更换及其频率显示的程控和遥控，促进全固态调频发射机的数字化、集成化和微机控制化。 将一个标准频率（如晶振参考源），经过加、减、乘、除运算，变成具有同一稳定度和准确度的多个所需频率的技术，称为频率合成技术。 控制振荡器，使其输出信号和一个参考信号之间保持确定关系的技术，称为锁相技术。把由基准频率获得不同频率信号的组件或仪器，称为“频率合成器”。 频率合成的方法很多，但大致可分成两大类：直接合成法和间接合成法。 固态调频发射机中的频率合成器采用间接合成法。间接合成法一般可用一个受控源（例如压控振荡器）、参考源和控制回路组成一个系统来实现。即用一个频率源，通过分频产生参考频率，然后用锁相环（控制回路），把压控振荡器的频率锁定在某一频率上，由压控振荡器间接产生出所需要的频率输出。 1锁相环基本工作原理 一个基本的锁相环路由以下3个部件组成：压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）和环路滤波器（LF），如图1所示。 当锁相环开始工作时，输入参考信号的频率f i与压控振荡器的固有振荡频率f 0总是不相同的，即f i≠f 0，这一固有频率差△f=f i-f 0必然引起它们之间的相位差不断变化，并不断跨越2π角。由于鉴相器特性是以相位差2π为周期的，因此鉴相器输出的误差电压总是在某一范围内摆动。这个误差电压通过环路滤波器变成控制电压加到压控振荡器上，使压控振荡器的频率f 0趋向于参考信号的频率f i，直到压控振荡器的频率变化到与输入参考信号的频率相等，并满足一定条件，环路就在这个频率上稳定下来。两个频率之间的相位差不随时间变化而是一个恒定的常数，这时环路就进入“锁定”状态。 当环路已处于锁定状态时，如果输入参考信号的频率和相位发生变化，通过环路的控制作用，压控振荡器的频率和相位能不断跟踪输入参考信号频率的变化而变化，使环路重新进入锁定状态，这种动态过程称为环路的“跟踪”过程。而环路不处于锁定和跟踪状态，这个动态过程称为“失锁”过程。 从上述分析可知，鉴相器有两个主要功能：一个是频率牵引，另一个是相位锁定。 2锁相环频率合成器工作原理 锁相环路总是有可编程分频器加在压控振荡器VCO和鉴相器PD之间。在锁相环路中加入可编程分频器可以起到两个很关键的作用：首先是不改变输入参考频率就可以改变压控振荡器VCO的输出频率，为实际应用提供了方便；其次是提高输出频率的分辨率和降低鉴相器的参考频率，进一步提高输出频率的精确度和稳定度。 但是，在目前的技术条件下，可编程分频器的最高工作频率约30MHz。而调频广播频段为87～108MHz，显然，工作频率太高而不能直接使用可编程分频器。在这种情况下，通常在可编程分频器前端加入一个前置固定分频模数为M的ECL分频器，如图2所示。ECL固定分频器的工作频率可高达几GHz。当环路锁定时，这种频率合成器的输出频率为f o=N（Mf i）
基本组成和锁相环电路 1、频率合成器电路 频率合成器组成： 频率合成器电路为本机收发电路的频率源，产生接收第一本机信号源和发射电路的发射信号源，发射信号源主要由锁相环和VCO电路直接产生。如图3-4所示。 在现在的移动通信终端中，用于射频前端上下变频的本振源（LO），在射频电路中起着非常重要的作用。本振源通常是由锁相环电路（Phase-Locked Loop）来实现。 2.锁相环： 它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域 3.锁相环基本原理： 锁相环包含三个主要的部分:⑴鉴相器(或相位比较器,记为PD或PC):是完成相位比较的单元,用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LPF):是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的作用.通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。⑶压控振荡器（VCO）：振
荡频率受控制电压控制的振荡器，而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL中，压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。 1、压控振荡器的输出经过采集并分频； 2、和基准信号同时输入鉴相器； 3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压； 4、控制VCO，使它的频率改变； 5、这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。 锁相环电路是一种相位负反馈系统。一个完整的锁相环电路是由晶振、鉴相器、R分频器、N分频器、压控振荡器（VCO）、低通滤波器（LFP）构成，并留有数据控制接口。 锁相环电路的工作原理是：在控制接口对R分频器和N分频器完成参数配置后。晶振产生的参考频率（Fref）经R分频后输入到鉴相器，同时VCO的输出频率（Fout）也经N分频后输入到鉴相器，鉴相器对这两个信号进行相位比较，将比较的相位差以电压或电流的方式输出，并通过LFP滤波，加到VCO的调制端，从而控制VCO的输出频率，使鉴相器两输入端的输入频率相等。 锁相环电路的计算公式见公式: Fout=(N/R)Fref 由公式可见，只要合理设置数值N和R，就可以通过锁相环电路产生所需要的高频信号。 4.锁相环芯片 锁相环的基准频率为13MHz，通过内部固定数字频率分频器生成5KHz或6.25KHz的参考频率。VCO振荡频率通过IC1 内部的可编程分频器分频后，与基准频率进行相位比较，产生误差控制信号，去控制VCO，改变VCO的振荡频率，从而使VCO输出的频率满足要求。如图3-5所示。 N=F VCO/F R N：分频次数 F VCO：VCO振荡频率
基于MC145152+MC12022+MC1648L+LM358 的锁相环电路 一、MC145152（鉴相器） MC145152－2 芯片是摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片。它是MC145152－1 芯片的改进型。主要具有下列主要特征： （1）它与双模（P／（P＋1））分频器同时使用，有一路双模分频控制输出MC。当MC 为低电平时，双模分频器用（P＋1）去除；当MC 为高电平时，双模分频器用模数P 去除。 （2）它有 A 计数器和N 计数器两个计数器。它们与双模（P／（P＋1））分频器提供了总分频值（NP＋A）。其中，A、N 计数器可预置。N 的取值范围为3～1023，A 的取值范围为0～63。A 计数器计数期间，MC 为低电平；N 计数器计数（N－A）期间，MC 为高电平。 （3）它有一个参考振荡器，可外接晶体振荡器。 （4）它有一个R计数器，用来给参考振荡器分频，R计数器可预置，R的取值范围：8，64，128，256，512，1024，1160，2048。设置方法通过改变RA0、RA1、RA2的不同电平，接下来会讲到。 （5）它有两路鉴相信号输出，其中，ФR、ФV 用来输出鉴相误差信号，LD 用来输出相位锁定信号。 MC145152－2 的供电电压为3．0 V～9．0 V，采用28 脚双列封装形式。MC145152－2的原理框图如图1 所示 MC145152－2 的工作原理：参考振荡器信号经R 分频 器分频后形成fR 信号。压控振荡器信号经双模P/(P＋ 1)分频器分频，再经A、N 计数器分频器后形成fV 信 号，fV＝fVCO/(NP＋A)。fR 信号和fV 信号在鉴相器中 鉴相，输出的误差信号（φR、φV）经低通滤波器形成 直流信号，直流信号再去控制压控振荡器的频率。 当整个环路锁定后，fV＝fR 且同相，fVCO＝（NP＋A） fV＝（NP＋A）fR，便可产生和基准频率同样稳定度和 准确度的任意频率。原理框图如右图：
PLL(Phase Locked Loop)锁相环 锁相环的基本组成 PLL(Phase Locked Loop)：为锁相回路或锁相环，用来统一整合时脉讯号，使内存能正确的存取资料。PLL用于振荡器中的反馈技术。 许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环（PL L,Phase-Locked Loop）。锁相环的特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。锁相环通常由鉴相器（PD,Phas e Detector）、环路滤波器（LF,Loop Filter）和压控振荡器（VCO,Voltage Control led Oscillator）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图所示。 PLL原理框图 锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。 锁相环的工作原理 锁相环是一种反馈电路，其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。P LL通过比较外部信号的相位和由压控晶振（VCXO）的相位来实现同步的，在比较的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步。在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术，因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟。因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的，从而采样时钟也是同步的。因为每块板卡的采样时钟都是同步的，所以都能严格地在同一时刻进行数据采集。 通过锁相环同步多块板卡的采样时钟所需要的编程技术会根据您所使用的硬件 板卡的不同而不同。对于基于PCI总线的产品（M系列数据采集卡，PCI数字化仪等），所有的同步都是通过RTSI总线上的时钟和触发线来实现的；这时，其中一块版板卡会作为主卡并且输出其内部时钟，通过RTSI线，其他从板卡就可以获得这个用于同
由于文件过大，分上下俩部分，下载的朋友不要忘了-。- 《数字频率合成器》 设计报告 设计时间：2013年1月5~17日 班级：电子本0913班 姓名： 报告页数：22页
摘要 近几年来，无线通讯获得飞速发展。随着其应用领域的不断扩张，市场对低功耗、低造价、高性能、高集成度的收发机的需要也越来越高。 在无线通信收发机中包含一个很重要的模块，频率合成器，它通过产生一系列与参考信号具有同样精度和稳定度的离散信号，为频率转换提供基准的本地震荡信号。频率合成器设计的优劣直接影响到无线通信收发机的性能、成本，故其实现方式一直是一个挑战。 而本次课程设计仅考虑方案的实用性，即是实验室环境的局限性以及电子器件的价格等因素。 Abstract In recent years, the rapid development wireless communications. With the continuous expansion of its applications, the market is also increasing the need for low-power, low-cost, high-performance , highly integrated transceiver. Contains a very important in the wireless communication transceiver module, the frequency synthesizer, and by generating a series of reference signals with the same accuracy and stability of the discrete signals provided for the frequency conversion of the local oscillation signal of the reference. Frequency synthesizer designed to directly affect the wireless communication transceiver performance, cost, and its implementation has been a challenge. Only to consider the practicality of the design of the course, that the limitations of the laboratory environment, as well as factors such as the price of electronic devices.
基于锁相环的频率合成电路设计 0 引言 锁相环简称PLL，是实现相位自动控制的一门技术，早期是为了解决接收机的同步接收问题而开发的，后来应用在电视机的扫描电路中。由于锁相技术的发展，该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个领域。自从20 世纪70年代起，随着集成电路的发展，开始出现集成的锁相环器件、通用和专用集成单片锁相环，使锁相环逐渐变成一个低成本、使用简便的多功能器件。如今，PLL 技术主要应用在调制解调、频率合成、彩电色幅载波提取、雷达、FM立体声解码等各个领域。随着数字技术的发展，还出现了各种数字PLL器件，它们在数字通信中的载波同步、位同步、相干解调等方面起着重要的作用。随着现代电子技术的飞快发展，具有高稳定性和准确度的频率源已经成为科研生产的重要组成部分。高性能的频率源可通过频率合成技术获得。随着大规模集成电路的发展，锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。 1 锁相环及频率合成器的原理 1．1 锁相环原理 PLL是一种反馈控制电路，其特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。因PLL可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以PLL通常用于闭环跟踪电路。PLL在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相同时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是PLL名称的由来。PLL通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成，PLL组成的原理框图如图1所示。 PLL中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD(t)电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC(t)，对振荡器输出信号的频率实施控制。鉴相器通常由模拟乘法器组成，利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图2所示。