基于LMX2346集成频率合成器的设计
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一种频率合成模块的设计和实现随着技术的发展,计算机系统的能力不断增强,模块化的设计成为最常用的技术之一。
在信号处理方面,多种频率合成技术应运而生,成为系统中的重要组件。
这种技术有助于精确调节系统的工作频率,从而实现系统的高效运行。
本文介绍一种新型的基于频率合成技术的模块,该模块可以准确控制系统的工作频率。
一、频率合成基本原理频率合成是一种基于频率技术的多变频技术,它可以更精确地控制信号的频率和幅度,从而改变信号的特性。
频率合成的基本原理是:首先将一个频率拆分为多个不同频率的子信号,然后将这些子信号重新组合,形成一个新的频率信号,最后根据需要可以调整新信号的幅度,从而达到调节信号特性的目的。
二、设计模块本文设计了一种基于频率合成技术的模块,可以准确控制系统的工作频率。
该模块包括三部分:控制器、频率源和频率控制器。
控制器是主要控制部分,负责识别系统的输入信号,根据输入的内容判断需要的工作频率,并将命令发送给频率源和频率控制器。
频率源是信号来源,根据控制器控制,按照所需要的频率输出信号,并将其传递给频率控制器。
频率控制器负责调节信号的幅度,从而改变信号的输出频率。
三、实施过程本文的模块设计采用了系统的可编程方法,以方便应用不同的控制策略。
在实施过程中,将首先运行控制器,以识别系统的输入信号,根据输入的内容,自动确定应用的工作频率,并将命令发送给频率源和频率控制器,以改变信号的特性。
然后,频率源将根据上述指令,输出自定义的频率信号,并将其发送给频率控制器。
最后,频率控制器根据控制器的要求,调节信号的幅度,从而实现精确控制系统的工作频率。
四、性能分析本文提出的新型频率合成模块具有良好的稳定性,能够精确控制系统的工作频率,有效提升系统运行效率。
该模块具有较高的抗干扰能力和准确度,可以确保系统功能的可靠性和稳定性。
此外,该模块还具有节省空间、低成本、易于维护等优点,因而受到用户的欢迎。
五、结论本文提出了一种新型的基于频率合成技术的模块,该模块可以准确控制系统的工作频率,提高系统的运行效率。
基于DDS技术实现的频率可跳变的频率合成器摘要:本文首先对频率合成技术现状和未来发展进行了简要说明,同时对直接数字频率合成技术理论作了比较详细的分析,另还对本设计选用的一些芯片进行了介绍。
在此基础上,采用外部输入时钟方式,由控制、电平转换、频率合成、低通滤波、放大等模块构成频率合成器。
在实现过程中,以直接数字频率合器(DDS)为核心,通过单片机对其进行初始化、工作状态设置和实时地向其输入频率控制字和频率更新信号,实现DDS输出频率的跳变,最后再通过滤波和放大,得到一个能满足一定使用要求且频率可跳变频率源。
关键词:频率合成;单片机;直接数字频率合成(DDS);低通滤波;Design of Frequency Synthesizer with Frequency-HoppingBased on DDS TechnologyAbstract: In this paper, the frequency of technical status and future development of a summary statement, the Direct Digital Synthesis techniques of a more detailed analysis, and the other is also on the choice of a number of chip design was introduced.On this basis, the use of external input clock, from control, power conversion, frequency synthesis, low-pass filtering, amplification modules constitute Synthesis. In the process of achieving, with a direct digital frequency (DDS) as the core, through its SCM initialized, the state set-up and real-time control to the input frequency and frequency of updates word signal, the output frequency of DDS Hopping, and then through the filtering and amplification, with a meet certain requirements and the use of frequency hopping frequency source.Keywords: Synthesis; SCM; Direct Digital Synthesis (DDS); low pass filter;第 1 章 绪 论1.1频率合成技术概述随着现代通信与电子系统的发展,对频率合成技术在多个性能方面提出了更高的要求,希望频率源能输出一个更为稳定且在一定频率范围内可跳变频率信号。
一种频率合成模块的设计和实现
1.频率合成模块
频率合成模块是一种能够将一系列不同频率的声音放在一起播放的模块。
这种模块的设计可以说是把一系列音符放在一起,并且可以根据需要进行频率调节。
这种模块一般有两种类型:频率合成环和模拟频率合成器。
1.1频率合成环
频率合成环是一种环状的电路模块,它可以输入多个声音,并输出单一的频率合成声音。
它主要由滤波器、振荡器和功率放大器等元件组成。
在这种模块中,滤波器用来筛选出输入的多个不同声音的频率,振荡器用来创建特定的声音模式,而功率放大器则有助于提高声音的放大程度。
1.2模拟频率合成器
模拟频率合成器(analog frequency synthesizer)是一种由多个模拟电路组成的电子设备,能够将多个声音转换成单一频率合成声音。
它主要由多个类似滤波器、振荡器和功率放大器等模拟电路组成,可以实现滤波、振荡、功率放大等功能,从而合成单一频率的声音。
1.3实施步骤
在实施频率合成模块设计之前,要先确定要使用的技术,以及要使用哪些组件。
比如,要使用模拟还是数字技术;是使用滤波器还是振荡器。
然后就可以开始设计电路模块,包括确定滤波器增益,振荡器频率等。
最后,完成这一切以后,就可以测试实施结果,确保可以获得单一频率合成的音调。
2.结论
频率合成模块可以将多个不同频率的声音合成成单一的频率声音,目前主要有两种技术:模拟和数字。
设计过程需要考虑模块的技术类型,以及使用哪些组件,并实施模块的设计。
最后测试及确保可以得到单一的频率合成的音调。
无线电话锁相环频率合成器原理及其频率编程技术探析与应用王天佑
【期刊名称】《港口科技动态》
【年(卷),期】2000(000)002
【摘要】叙述了调频无线电话锁相环频率合成器的作用,发展及基本原理,并对目前使用典型的亢进频无线电话锁相环频率合成器的原理及单片微机的编程控制作了分析和研究。
【总页数】6页(P10-14,24)
【作者】王天佑
【作者单位】广州港信息通信中心
【正文语种】中文
【中图分类】TN916.9
【相关文献】
1.LMX2336锁相环频率合成器电路的设计及编程应用 [J], 陈晖;赵利
2.集成锁相环MC145146在频率合成器中的应用及频率控制码的算法 [J], 赵海清
3.集成锁相环频率合成器LMX2320的原理与应用 [J], 修明磊;张军;王莹
4.PLL频率合成器在数字无线电话中的应用 [J], 陈寒梅;
5.可编程锁相环在频率合成器中应用 [J], 谢琲;郑正奇;钱敏
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频率合成器的设计与制作这次课程设计的主要内容是频率合成器的设计与制作,首先了解什么是频率合成器。
它有哪几个部分组成,哪些参数对它的技术指标有影响,然后是选择元器件,搭试电路,排版安装,测试数据,分析结果。
随着通信、雷达、宇航和遥控遥测技术的不断发展,对频率源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出频率的个数提出越来越高的要求。
为了提高频率稳定度,经常采用晶体振荡器等方法来解决,但它不能满足频率个数多的要求,因此,目前大量采用频率合成技术。
频率合成器:通过对频率进行加、减、乘、除的运算,可从一个高稳定度和高准确度的标准频率源,产生大量的具有同一稳定度和准确度的不同频率。
频率合成的方法很多,大致可分为直接合成法和间接合成法俩种。
直接合成法是通过倍频器、分频器、混频器对频率进行加、减、乘、除运算,得到各种所需频率。
直接合成法的优点是频率转换时间短,并能产生任意小的频率增量。
但它也存在一些不可克服的缺点,用这种方法合成的频率范围将受到限制。
更重要的是由于大量的倍频,混频等电路,就要有不少滤波电路,使合成器的设备十分复杂,而且输出端的谐波、噪声及寄生频率难以抑制。
而间接合成法就是利用锁相环路的窄带跟踪特性来得到不同的频率。
频率合成器是从一个或多个参考频率中产生多种频率的器件。
它在信息通信方面得到了广泛的应用,并有新的发展。
频率合成器的核心组成是锁相环路(PLL)。
锁相的意义是一种相位负反馈控制系统,它利用相位的稳定来实现频率锁定,即“锁相”。
控制电路是利用反馈原理实现对自身的调节与控制。
AGC、AFC、PLL 分别对交流信号的三个参数振幅、频率、相位进行自动控制。
能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环,简称PLL。
实现锁相的方法称为“锁相技术”。
锁相环路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。
这里首先对锁相环路作一个简单介绍。
9.1 锁相环路的基本组成及工作原理9.1.1 锁相环路的基本组成锁相环路的基本组成框图如图9.1.1所示。
《基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器》篇一一、引言随着电子技术的不断发展,频率合成器在通信、雷达、测距等众多领域扮演着越来越重要的角色。
为了满足日益增长的高频、高精度、高稳定性的需求,基于FPGA(现场可编程门阵列)的PLL(锁相环)+DDS(直接数字频率合成器)的频率合成器逐渐成为研究热点。
本文将详细介绍基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器的设计原理、实现方法及其应用优势。
二、设计原理1. PLL原理PLL是一种闭环控制系统,通过比较输入信号与内部产生的参考信号的相位差,自动调整输出信号的相位和频率,使其与输入信号保持同步。
在频率合成器中,PLL用于提供稳定的参考频率。
2. DDS原理DDS是一种数字信号处理方法,通过将所需的信号进行数学运算后存储在数字存储器中,再由数模转换器(DAC)转换成实际模拟信号输出。
在频率合成器中,DDS主要用于实现宽范围的频率变化。
3. FPGA的作用FPGA具有高度的可编程性和并行处理能力,可以实现对PLL和DDS的控制和优化。
通过FPGA,可以实现对频率合成器的快速配置和灵活调整,以满足不同应用的需求。
三、实现方法1. 硬件设计基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器硬件设计主要包括FPGA芯片、PLL模块、DDS模块、数模转换器(DAC)等部分。
其中,FPGA芯片负责整个系统的控制和数据处理;PLL模块提供稳定的参考频率;DDS模块实现宽范围的频率变化;DAC将数字信号转换成实际模拟信号输出。
2. 软件设计软件设计主要包括FPGA的编程和控制逻辑设计。
通过编写FPGA程序,实现对PLL和DDS的控制和优化,以及与外部设备的通信和数据传输。
此外,还需要进行算法设计和仿真验证,以确保系统的稳定性和可靠性。
四、应用优势1. 高精度和高稳定性基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器具有高精度和高稳定性的特点,可以满足各种高精度应用的需求。
通过PLL和DDS 的结合,可以实现精确的频率控制和调整,同时通过FPGA的控制和优化,可以进一步提高系统的稳定性和可靠性。
数字频率合成器的技术方案在这个数字化的时代,频率合成技术已成为电子系统中的关键组成部分。
今天,我就来和大家分享一下关于数字频率合成器的技术方案,希望能为各位提供一个全新的视角。
一、方案背景频率合成器是一种能够产生多种频率信号的设备,广泛应用于通信、雷达、导航、仪器测量等领域。
随着数字信号处理技术的发展,数字频率合成器逐渐成为主流。
相比模拟频率合成器,数字频率合成器具有更高的频率精度、更低的相位噪声和更宽的频率范围。
二、技术方案1.基本原理数字频率合成器基于数字信号处理技术,通过数字信号处理器(DSP)对数字信号进行运算和处理,所需的频率信号。
其主要原理如下:(1)采用相位累加器(PhaseAccumulator)对输入的参考时钟信号进行累加,得到一个线性增长的相位值。
(2)将相位值映射到正弦波查找表(SinLookupTable),得到对应的正弦波采样值。
(3)通过数字到模拟转换器(DAC)将数字信号转换为模拟信号,再经过低通滤波器(LPF)滤波,得到平滑的正弦波信号。
2.关键技术(1)相位累加器相位累加器是数字频率合成器的核心部件,其性能直接影响到合成器的频率精度和相位噪声。
我们采用高性能的FPGA器件实现相位累加器,确保高速运算和低功耗。
(2)正弦波查找表正弦波查找表用于存储正弦波采样值,其大小和精度决定了合成器的频率分辨率和幅度精度。
我们采用16位精度,存储1024个采样点,以满足高精度需求。
(3)数字到模拟转换器(DAC)DAC将数字信号转换为模拟信号,其性能影响到合成器的输出信号质量。
我们选用高性能的DAC芯片,具有14位精度和500MHz的转换速率。
(4)低通滤波器(LPF)低通滤波器用于滤除DAC输出信号中的高频噪声,保证输出信号的平滑。
我们设计了一个4阶椭圆函数低通滤波器,具有-60dBc的带外抑制能力和50MHz的截止频率。
3.系统架构数字频率合成器系统架构如下:(1)输入接口:接收外部参考时钟信号和频率控制信号。
应用天地2011年3月第30卷第3期基于LMX2346集成频率合成器的设计杨 政 黄 武(中国电子科技集团公司第41研究所 蚌埠 233000)摘 要:以L M X2346为核心器件设计频率合成器,介绍了L M X2346的内部结构以及内部每个模块的基本原理,并针对此频率合成器采用三阶无源环路滤波器形式设计了环路参数,利用A DS2008仿真幅频响应图和相位响应图,对L M X2346的控制逻辑图进行详细说明,最后获得测试结果验证了基于L M X2346的频率合成器有较好的相位噪声,达到了预期的目标。
关键词:LM X 2346;频率合成器;环路滤波器Design of frequency synthesis based on LMX2346Yang zheng H uang w u(No.41Research Inst itute,China Electronics Technology Group Corporation,Bengbu 233000,China)Abstr act:A design of frequence synt hesizer w hich takes LMX2346as core device is given.T he int ernal structure of LM X2346and the basic principle of every internal module are introduced briefly.T he loop param eters of t he 3 order pas sive loop filter are designed for this frequence synthesizer.The m agnitude frequence responses and phase frequence re sponses of the design are sim ulat ed w ith ADS2008.The cont rol logic schem atic of LM X2346is dem onstrat ed in detail.T he test result show s that this frequece synthesizer based on LM X2346has a sat isfact ory phase noise characterist ic and achieves anticipat e goals.Keywor ds:LMX2346;frequency synt hesizer;loop f ilter收稿日期:2010 110 引 言频率合成是指由一个(或几个)基准频率产生一个或许多频率输出的一种高质量的信号发生技术[1]。
频率合成器是通信电子仪器设备实现高性能指标的关键,随着高新技术以及高速集成电路的迅猛发展,频率合成器逐渐向集成化方向发展[2]。
本文主要基于美国国家半导体公司的LM X2346作为核心芯片,进行频率合成器的设计。
1 LMX2346内部结构LMX2346作为一个集成频率合成器,它具有技术简单、功耗小、可靠性高、体积小及成本低等特点。
LM X2346的结构功能框图如图1所示,主要由低相噪数字鉴相器、精确的电荷泵、可编程的参考分频器、可编程的反馈分频器等部分组成[3 4]。
N 分频器是对VCO 输出的信号反馈给LM X2346进行分频得到f p ;R 分频器是对参考信号进行分频得到f r ;然后数字鉴相器对f r 和f p 的输出相位进行比较得到两者之间的相位差,数字鉴相器输出一个与相位差成比例的控制信号CP 0,通过环路滤波器把它转变成一个稳定的电压信号来控制V CO 。
数字鉴相器的功能就是调节VC O 的控制电压直到反馈信号与参考信号的频率相等和相位相差恒定[5 7]。
图1 L M X2346的结构功能2011年3月第30卷第3期应用天地2 基于LMX2346频率合成器的具体设计方案2.1 信号预想设计指标我们设计的指标要求频率合成器带宽是900~980MHz;输出电平是3dBm 1dBm;相位噪声优于-95dBc/H z(偏离1kH z),优于-98dBc/H z(偏离10kH z)。
根据指标要求,我们选用的集成锁相环LMX2346,该芯片的1Hz 归一化相位噪声为-219dBc /Hz 。
带内相位噪声=(1H z 归一化鉴相器噪声)+10log (比较频率)+20log(反馈支路分频比)(1)根据式(1),当比较频率为1M H z,输出信号为932M H z 时,相位噪声=-219+10log (1000000)+20log(932/1)=-215+60+59=-100dBc/H z ,满足指标要求。
2.2 环路滤波器设计在频率合成器的设计中,环路滤波器的设计之关重要,环路滤波器是将鉴相器输出含有纹波的直流信号平均化,将此变化为交流成分少的直流信号的低通滤波器[8 9]。
环路滤波器除滤出纹波功能以外,还有一种重要作用,即决定PLL 环路控制传输的稳定性,本设计采用了三阶无源环路滤波器形式,如图2所示。
图2 三阶无源环路滤波器参数设置:输出中心频率932M H z;压控振荡器灵敏度K VCO =37M H z/V;相位裕量 p =45 ;鉴相灵敏度k =4m A;环路带宽 p =10kH z;参考分频比R =10;参考频率f r =1M H z;主分频比N =932/1=932;滤波器的附加衰减AT T EN=10dB 。
首先给出三阶无源环路滤波器的传递阻抗:Z(S)=1+S T 2S A 0 (1+S T 1)(1+S T 3)(2)公式(2)中的极点和零点对应的时间常数分别为T 1、T 2、T 3,则有:T 2=sec ( p )-tan ( p )p(3)T 3=10AT T EN10-1(2 f r )2(4)c =t an ( p )(T 1+T 3)(T 1+T 3)2+T 1T 31+(T 1+T 3)2+T 1T 3(t an ( p )(T 1+T 3)2-1(5)T 2=2 c 2(T 1+T 3)(6)C 1=T 1T 2K 0K VCC c 2N 2+ c 2T 32(2+ c 2T 12)(1+ c 2T 32)(7)C 2=C 1T 2T 1-1(8)根据式(2)~(8)可以计算出滤波器的各元件值,并可近似取电阻、电容的标称元器件值,以下是环路带宽为10kH z,输出频率为932M H z 的环路滤波器的元件值:C 1=1800pF;C 2=0.01 F;C 3=480pF;R 2=4.55k ;R 3=1k ;利用ADS2008仿真给出了环路滤波器分析图[8],图3为开闭环的幅频响应图,图4为开闭环的相位响应图。
图4 相位响应2.3 LMX2346控制逻辑设计LM X2346的操作频率可以到2.5GH z,通过改变LM X2346内部R 、N 寄存器使后端VCO 达到不同的频率[10]。
DAT A 为高阻CM OS 二进制串行数据输入端,数据传输顺序为高位在前低位在后;CLK 为高阻CM OS 时钟输入端,数据在时钟的上升沿进入各计数器和寄存器;LE 为使能输入端.当LE 端变为高电平时。
移位寄存器中的数据将传送到相应的内部寄存器并锁定,LE 电平由高到低或由低到高变化时,CLK 端必须保持在低电平,控制信号时序图如图5所示。
图5 控制信号时序在本设计中LMX2346的内部寄存器数据靠软件控制,采用串行送数方式,参考输入10M H z,参考分频比为10,输出信号932M H z,主分频比N 为932,按照LM X2346内部寄存器的设计规则Nv =(32 N B )+N A ;同时N B N A ;可得到N B =29,N A =4;18位R 寄存器和N 寄存器的内部数据表1和表2所示。
表1 R 寄存器内部数据寄存器数据位地址17161514131211109876543210R1111表2 N 寄存器内部数据寄存器数据位地址17161514131211109876543210N111113 实验结果通过实验,给出1kH z 相位噪声的测试结果分别为:-98@1kH z,如图6所示,满足设计指标要求。
图6 信号相位噪声4 结束语基于LMX2346的频率合成器已经成功应用于某型号课题中,它简化了系统结构,降低了功耗和设计成本。
电路生产调试较容易,同时也增加产品的可靠性。
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M ult isim10在单片机方面仿真应用的先行,使得单片机课程的学习,更简易、更形象、更快捷,一方面节约了教学的成本;另一方面使得课程的内容更易于被学生学习和接受。
从学生的角度来讲,更易于拓展思维,大胆地去设计,提供了一个良好的创新、发展的平台,但从科研、开发应用角度而言,软件的不足之处是其支持的单片机种类还不够丰富。
参考文献[1] 唐前辉.P ro teus ISIS和K eil在单片机教学中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2006,11(4):46 49.[2] 熊伟,侯传教.M ultisim7电路设计及仿真应用[M].北京:清华大学出版社,2005.[3] 石嘉顺.基于M ult isim环境下的电路设计与仿真[J].计算机仿真,2007,24(12):306 308,323.[4] 陈景华.M ultisim10在单片机教学中的应用[J].韶关学院学报,2008,29(6):128 132.[5] 张力.基于M ult isim软件的波形发生器设计[J].电子测量技术,2008,31(7):171 174.[6] 徐发强.O T L音频功率放大器的M ult isim仿真辅助的实验新方法[J].理论与方法,2008,27,(2):3 6. [7] 刘超等.基于N I M ultisim10M CU模块的单片机仿真[J].国外电子测量技术,2008,27(8):58 60.[8] 何敏,聂典,刘荣.用M ult isim10实现微处理器的设计和仿真[J].国外电子测量技术,2009,28(2):25 27.作者简介吴凌燕,讲师,研究方向为智能仪表、软件仿真。