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《频率合成器》PPT课件

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数字频率合成器的设计幻灯片PPT

数字频率合成器的设计幻灯片PPT

晶体 fr 振荡器
前置分频器 fr / M M
鉴相器
环路
f0 / N
可变分频器
MCU
压控
f0
振荡器
图7.1 MCU和锁相环路相结合的实现方案电路框图
第7章 数字频率合成器的设计
1. 前置分频器分频比的确定
由得
f r , 故f 0
MN
Δf=f0(N+1)-f0(N)= 式中Δf为频率间隔。
N1 N MfrMfr
L2
L3
L4
L5
C6 6 8 pF
C7 7 5 pF
C8 9 1 pF
C1 090 pF
Uo
C10 3 1 pF
图7.7 AD9835 应用电路图
第7章 数字频率合成器的设计 7.3.2 1. AT89C2051的主要性能及引脚功能说明 AT89C2051的引脚如图7.8所示。AT89C2051的性能
第7章 数字频率合成器的设计
幅度 ＋1
0 －1
相位 2
0
图7.4 余弦波信号及其相位
第7章 数字频率合成器的设计
因此，每隔一段时间Δt （时钟周期），有对应的 相位变化ΔP，即
ΔP=ωΔt=2πfΔt （7.1） 从式（7.1）可得合成信号的频率f为
f P fmt
2
（7.2）
式中，fmt为固定时钟频率，fmt＝1／Δt。因此，通 过改变相位值ΔP，就可以改变合成信号的频率f 。
第7章 数字频率合成器的设计
DDS 芯片AD9835的原理框图如图7.5 所示。其中，相 位累加器为32位，取其高12位作为读取余弦波形存储器的 地址。当时钟使相位累加器的输出也即余弦ROM 寻址地 址每递增频率设定为K时，对应的波形相位变化为

频率合成器PPT课件

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调频控制FM、调相控制PM和调幅控制AM),即可方便灵活地实现调频、调相
和调幅功能,产生FSK、 PSK、 ASK和MSK等信号。另外,只要在DDS的波形
存储器存放不同波形数据,就可以实现各种波形输出,如三角波、 锯齿波和
矩形波甚至任意的波形。当DDS的波形存储器分别存放正弦和余弦函数表时,
可得到正交的两路输出。
低通
滤波器
f0
fs
(a)
地址计算单 元 (相 位 累 加 器 )
相位增量 X (频 率 数 据 )
N位 Y 全加器
锁存 电路
fCLK 标准时钟
波 形 存 储 器 D/A 转 换 器 数据
地址
LPF
fo ut
(b)
图 10-3 DDS基本结构
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•
相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。每来
每个元件都有关。降低相位噪声是频率合成器的主要设计任务。下面将详细讨论。
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•
4.
•
控制码对应关系: 指定控制码与输出频率的对应关系。
•
电源:
•
•
1.
•
直接频率合成器是早期的频率合成器。基准信号通过脉冲
形成电路产生谐波丰富的窄脉冲,经过混频、 分频、 倍频、 滤波等进行频
率的变换和组合,产生大量离散频率, 最后取出所需频率。
它在相对带宽、 频率转换时间、 相位连续性、 正交输出、 高分辨率以及集成化
等一系列性能指标方面已远远超过了传统的频率合成技术,是目前运用最广泛的频
率合成方法。
•
DDS以有别于其他频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合
成技术中的佼佼者。具体体现在相对带宽宽,频率转换时间短,频率分辨率高,输出

《频率合成》PPT课件

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直接数字式频率合成器将先进的数字处理理论与 方法引入频率合成的一项新技术。
将正弦波的M个样品储存在高速存储器中，以查表 的方式按均匀的速率将样品输入到高速 D/A转换器， 变换成所设定频率的正弦波信号。
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第6章频率合成
NCO 相位累加器
ROM
… …
DA C
LF
频率控制字K fc
DDS的组成框图
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第6章频率合成
评价捕捉过程的性能指标
环路的捕捉时间：Tp=ta-to Tp与环路初始状态及环路自身的调节能力有关 捕捉带： p 0 max p是 环路0 m能ax 获得锁定的最大固有（起始）频差 当起始固有频差大于捕捉带时，环路不可能进入锁 定。即输入频率与VCO的Wo之间相差太大，超出 捕捉带范围，环路就失锁。
4、当K∑0一定时， ⊿Wv o↑，0 相K应0U的d sine (↑)F ( j0) 0 0 r
5、当⊿Wo一定时，环路直流总增益K∑0↑v ， 可0 减K0小Ud sine()F( j0)
6、当⊿Wvo>K0 ∑0K时0U，d sine(无)解F( j。0) 所以0 ，0能 维r 持环路锁定所允
环。较多用于锁相解调。 数字鉴相器：输入必须是数字信号，适用于数字锁相环，
鉴 相灵敏度比模拟 PD高。较多用于频率合成器。
（1）模拟鉴相器： 由模拟u乘i(t)法器和低通电路构成。如u图d(所t) 示：
LPF
uo(t)
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许的最大⊿Wo＝K∑0， 即：⊿WH＝±K∑0 ，且⊿Wo固定
时，环路增益越大，捕捉时间越短，同步带越大。
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第6章频率合成

第9章 频率合成技术(1)直接模拟直接数字频率合成精品PPT课件

第9章 频率合成技术(1)直接模拟直接数字频率合成精品PPT课件
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
9.1 频率合成器的主要技术指标
• 石英晶振频率稳定度和准确度很高，但改换频率不方便；
• LC振荡器改换频率方便，但不如石英晶振精准；
• 频率合成器是将二者结合起来，得到精准的一系列频率。
分类：
非相干式
模拟合成相干式
频率合成器直接频率合成器数字合成（频D率DS漂）移抵销法
脉冲控制所想法
间接频率合成器间接合成制减法降频
模拟式与数字式的区别在于两者的降频方式不同： 前者 采用减法降频，后者采用除法降频。
9.4.1 脉冲控制锁相法
用晶振频率fR去激励脉冲形成电路，产生一个重复频率为 fR的尖脉冲序列，这脉冲序列含有丰富的谐波。 对于不同的 VCO频率fV,取相应的谐波nfR在鉴相器中进行比较，通过相环 路的作用，即可将fV锁定在nfR上，即fV=nfR(n=1,2,3,…)。 改 变n值，即可在不同的fV值上获得锁定。 由此可见，脉冲控制 锁相法实际上是一个单环(即只有一个锁相环路)多波道频率合 成器。
△f=f2-f1 =(K+1)fc/2n - Kfc/2n = fc/2n
9.3.3 噪声分析 在DDS中，噪声有二种：
（1）量化噪声 即相位和幅度量化噪声。 每个量化值都是近似值，所以，在量化过程都存在量化误
差，即为量化噪声。 （2）另一种是数模转换器产生的阶梯波中的杂散频率通过非 理想低通滤波器而带来的噪声。随频率的增加而加大。
9.4 间接频率合成法(锁相环路法)
在第八章中，锁相环路的鉴相器中进行相位比较的两个 频率应该是相等的。但通常参考频率是固定的。为了使这两 者的频率在鉴相器处相等，以便比较它们的相位，大致有以 下几种方法：脉冲控制锁相法、模拟锁相环路法和数字锁相 环路法。

锁相技术频率合成PPT课件

锁相技术频率合成PPT课件

(7-19)
21
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2. 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)。
下变频PLL频率合成器产生本振信号，且混频频率为
90MHZ。 FM收音机本振频率范围：98.7----118.7MHZ
fr 10KHz; fM 90MHz fo Nfr fM N 8702870
合成器 需产生 的信号 fo 频率 范围。
调谐时，只需改变N，就可以搜索到频段内所有的 电台信号。
④电台接收状态产生第一本机振荡信号 fL1和第二本机振
荡信号 fL2 。
混频1、
26.965— 27.405MHZ
混频1
第一中频 10.695MHZ
混频2
第二中频 455KHZ
2采用低 本振方
f L1
fL1 16.270 16.710MHZ
式
fL2 fL2 10.24MHZ
26
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关键指标
计算 第10及步n1, 2
根据已知 公式计算
第5步
考虑噪声时的电 路类型选择和参
数确定
第6步
选择PD类型 计算Ud
第5步
第11步 求出LF的元件参数
结束
计算电 路参数
30
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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
fo 和 fr 有相同的频率稳定度。由于N是可编程

模拟电子技术基础 7.4频率合成器PPT课件

模拟电子技术基础 7.4频率合成器PPT课件

7.4 频率合成器
为实现高质量的无线通信，抗干扰，近代通信系统往往要求通信机具有大量的、可供用户选择的、能迅速更换的频率稳定度和精度很高的载波信号频率。
晶体振荡器虽然频率稳定度和精度很高，但其频率值只能在很小范围内微调。
频率合成器作用：利用一个或多个基准频率，产生一系列等间隔的离散频率。这些频率的频率稳定度和精度均和基准频率的相同，且频率转换的时间很短。
三、改进思路
2. 由于固定分频器速度远比程序分频器的高，故采用由固 定分频器与程序分频器组成的吞脉冲可变分频器，可既 获得小的频率间隔，又显著提高输出频率。
采用多环式锁相频率合成器
构成吞脉冲锁相频率合成器
四、多环式锁相频率合成器
单环
单环
混 频 环 C
由设备内部各种不规则的电扰动所产生
7.4.2 锁相频率合成器
一、简单锁相频率合成器
晶体振荡器
参考分频器 ÷R
PD
LF
VCO
分频器 ÷N
fs
fs/R
fr
fo
fo/N
环路锁定时
fr = fs / R = fo / N
故得
fo = N fs/ R = N fr
改变N可得不同输出频率。
频率分辨率为fr 。
五、吞脉冲锁相频率合成器
1. 吞脉冲可变分频器
在一个计数周期内，总脉冲计数量为
N=(P+1)A + P (N-A) = PN+A
吞脉冲可变分频器的分频比为 f0’/ f0 =1/(PN+A) N、A均为整数0、1、2……
2. 吞脉冲锁相频率合成器的组成与工作原理
吞脉冲可变分频器
fA = (NA/100)fr

第10章 频率合成器--魏峰


1) 基本原理
锁相环频率合成器的基本原理如图10 - 1 所示。压控振荡 器的输出信号与基准信号的谐波在鉴相器里进行相位比较，
当振荡频率调整到接近于基准信号的某次谐波频率时，环路
就能自动地把振荡频率锁到这个谐波频率上。这种频率合成 器的最大优点是结构简单，指标可以做得较高。由于它是利 用基准信号的谐波频率作为参考频率的，故要求压控振荡器 的精度必须在±0.5fR以内，如超出这个范围，就会错误地锁 定在邻近的谐波上，因此，选择频道比较困难。另外，它对 调谐机构性能要求也较高，倍频次数越多，分辨率就越差， 因此，这种方法提供的频道数是有限的。
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西安电子科技大 学智能天线实验 室
这个过程可以简化为三步：
（1） 频率累加器对输入信号进行累加运算，产生频率控 制数据或相位步进量。 （2） 相位累加器由N位全加器和N位累加寄存器级联而成， 对代表频率的二进制码进行累加运算，产生累加结果Y。 （ 3 ） 幅度 / 相位转换电路实质上是一个波形存储器，以 供查表使用。读出的数据送入D/A转换器和低通滤波器。
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西安电子科技大 学智能天线实验 室
2 MHz
fR ＝1 k Hz ÷2 0 0 0 fR
f0 鉴相器

LPF
VCO Ⅰ VCO Ⅱ
AMP
6 0 0 mV
÷1 0 0
5 0 0 k Hz～ 4 0 0 .0 1 k Hz
可变分频器 N
50000～ 4 0 0 0 1 k Hz
AMP
控制逻辑
图 10-2 数字式频率合成器
频率合成器的组成元器件有标准晶振频率源频率合成器芯片滤波器压控振荡器单22西安电子科技大学智能天线实验104现代pll的基本结构单片机plliclpfvco23西安电子科技大学智能天线实验1021pll各个部件的选购和设计图104中可以购买的专业生产厂家的产品有晶体振荡器pll集成电路单片机和vco压控振荡器需要设计的部分是低通滤波器lpf和单片机的程序
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可控器件作为线性器件，有 xy(t)= kc xc (t)，kc是比例系数。 写成拉氏变换式，有Xy(s)= kc Xc (s)
第10章 反馈控制电路
自动增益控制电路
自动增益控制(AGC)电路的主要作用：使设备的输出电平保持为一定的数值。 因此也称自动电平控制(ALC)电路。
输入电压 Ui 参考电压 Ur 比较器 误差电压 kp ue 控制信 控制电压 号发生 uc 器k1 可控增 益放大 器Ag 输出电压 Uy
ωr Ωr(s)
频率 比较器kp
ωy
ue Ue(s)
滤波器 H(s)
Uc Uc(s)
可控频率 电路kc
ωy Ωy(s)
频率比较器的输出误差电压ue与两个输入信号的频率差有关，而与这两个 信号的幅度无关，ue为
ue= kp (ωr-ωy)
式中，kp在一定的频率范围内为常数，实际上就是鉴频跨导。 常用的频率比较电路有两种形式：一是鉴频器，二是混频-鉴频器。
第10章 反馈控制电路
锁相环路（PLL）
锁相环路（Phase locked loop缩写PLL）是一种相位自动控制电路， 被控量为相位，被控对象为压控振荡器。其作用是实现环路输出信
号与输入信号之间无误差的频率跟踪，仅存在某一固定的相位差。
PLL电路广泛应用于：
通信 电视 遥测遥成 频率合成 精密测量
10. 2 自动相位控制电路（锁相环）
一、锁相环的组成部件
第10章 反馈控制电路
PLL是一个相位负反馈系统，可对输入信号的频率与相位实施跟 踪。 鉴相器 ( PD) 三个基本部分构成一个负反馈环： 环路滤波器 ( LF ) 压控振荡器 (VCO )
vi(t) θi(t) vo(t)
PD
10. 1 概述
第10章 反馈控制电路
为了提高通信和电子系统的性能指标，或者实现某些特定的要 求，必须采用自动控制方式。由此，各种类型的反馈控制电路 便应运而生了。 反馈控制电路可分为三类： 自动增益控制(Automatic Gain Control，简称AGC) 自动频率控制(Automatic Frequency Control，简称AFC) 自动相位控制(Automatie Phase Control，简称APC) 自动相位控制电路又称为锁相环路(Phase Locked Loop，简 称PLL)，是应用最广的一种反馈控制电路。
第10章 反馈控制电路
基本原理与分析方法
在反馈控制电路里，比较器、控制信号发生器、可控器件、反 馈网络四部分构成了一个负反馈闭合环路。
输入信号 xi(t) 参考信号
xr(t)
比较器
误差信号 控制信 xe(t) 号发生器
控制信号 xc(t)
可控器件
输出信号 xy(t)
反馈信号 xf(t)
反馈网络
根据参考信号的不同情况，反馈控制电路的工作情况有两种。 (1) 参考信号xr(t)不变，恒定为xro (2) 参考信号xr(t)变化
第10章 反馈控制电路
第10章 反馈控制电路
第一节 概述 第二节 自动相位控制电路（锁相环路） 第三节 频率合成器
第10章 反馈控制电路
教学要求
了解反馈控制电路的三种基本形式及工作原理。 掌握锁相环路的系统组成、电路模型、环路方程和工
作原理。
掌握环路跟踪特性的分析方法和结论。 了解集成锁相环路的电路原理及其应用。 掌握频率合成器的概念、电路组成、工作原理和性能 指标。 了解DDS频率合成器的工作原理和性能特点。
反馈电压 Uf
直流放 大k3
低通 滤波
电平检 测k2
设输入信号振幅为Ui，输出信号振幅为Uy，可控增益放大器增益为Ag(uc)， 是控制信号uc的函数，则有
Uy = Ag(uc)Ui
自动频率控制（AFC）电路
第10章 反馈控制电路
AFC电路也是一种反馈控制电路，控制对象是压控振荡器。其主要作用是 自动控制振荡器的振荡频率，保证振荡器的振荡频率稳定。
vi(t) 与 vo(t) 的相位差 的函数， e e vi(t)/ θi(t) kd sin PD 其中 t ( t ) t ( t ) ( t ) ( t ) vd(t) /θe(t) 0 (t0) e f e ( i t ) i f i (t ) 0 1 2 即 vd ( t ) (0 i 0 ) (t )/θ (t) 1 (t ) it 0t i (t ) 0t i (t) v o o 鉴相特性的形式有许多种， 如 : 2 (t ) 0 (t ) vd ( t ) θe (t)为输入信号的瞬时相位差。 正弦特性，三角波特性，锯齿波特 鉴相器 性等，其中最基本的是正弦波特性， 可得鉴相器的数学模型: 它可用一个模拟乘法器与低通滤波 θ1(器串接而成。 t) θe(t) vd kd sin e (t ) kd sin 如果设环路输入信号： vi ( t ) Vim sin i t i ( t ) PD θ2(t) vi(t) PLL环输出的反馈信号： vd(t) 低通滤 乘法器 v0 ( t ) V0 m sin 时， 另外可看出：当 θ π /6 0t 0( t ) e<
第10章 反馈控制电路 实际电路中一般都包括滤波器，其位置可归纳在控制信号发生器或反馈网络 数学模型 中，所以将这两个环节看作线性网络。其传递函数分别为
将反馈控制电路近似作为一个线性系统分析。由于直接采用时域 X ( s) X f ( s) H 1 ( s) c H ( s ) 2 分析法比较复杂，所以采用复频域分析法，根据反馈控制电路的组 X e ( s) X y ( s) 成方框图，可画出用拉氏变换表示的数学模型
vd(t) θe(t)
LF
vc(t) VCO
vo(t)
θo ( t )
第10章 反馈控制电路 1.经过相乘，并滤除和频分量，可得输出的误差电压为： 鉴相器（PD） 1 t )是两个输入信号 v ( t ) KVimV0 m输出信号 sin i t i v (t )( 鉴相器是一个相位比较器， d 0 t 0 (t )
参考信号 Xr(s)
误差信号 控制信号 控制信 Xe(s) Xc(s) 可控器件 比较器 号发生器 kp kc H1(s) 反馈信号 Xf(s) 反馈网络 H2(s)
输入) s和 ) X (s)分别是，x (t)，x (t)，x (t)， y ( s) 1 图中Xr(s)，Xe(s)H ，(X ( s ) ， X ( s ) ， ( s 闭环传递函数 c i y f r e c T s) X r ( s ) 1 kp kc H 1 ( s ) H 2 ( s ) xi (t)，xy(t) 和xf (t)的拉氏变换。 kp X e ( s) 比较器输出的误差信号 x ( t ) 通常与 xr(t)和xf (t)的差值成正比，设比例系 H e ( s) e 误差传递函数 X r ( s ) 1 kp kc H 1 ( s ) H 2 ( s ) 数为kp，则有 xe(t)= kp[xr(t)-xf (t)] 写成拉氏变换式，有Xe(s)= kp[Xr(s)-Xf (s)]