FM調(diào)頻發(fā)射機(jī)1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2.1.2 數(shù)字鑒頻鑒相第二章硬件電路設(shè)計(jì)原理及2.1鎖相環(huán)頻率合成器電路設(shè)計(jì)鎖相技術(shù)是相位同步的自動(dòng)反應(yīng)控制技術(shù)。它能使一個(gè)自激振蕩器的振蕩頻率和相位受基準(zhǔn)信號(hào)的控制，使振蕩信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)在頻率上保持相等，而相位保持某一個(gè)固左的最小值。鎖相技術(shù)由鎖相環(huán)PLL 來(lái)實(shí)現(xiàn)。頻率合成技術(shù)是無(wú)線電技術(shù)中的一個(gè)較新的領(lǐng)域，它能將一個(gè)高穩(wěn)泄度和髙精度的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過(guò)加、減、乘、除的運(yùn)算產(chǎn)生岀同樣穩(wěn)左度和精度的大量離散頻率，目前，頻 率合成器和鎖相環(huán)路已廣泛地應(yīng)用于通信、雷達(dá)、航天、航海、計(jì)算機(jī)、紅外、激光、原子能、電視、立體聲、自動(dòng)控制、遙控遙測(cè)、遙感、糟密測(cè)量?jī)x器等技術(shù)部門。2丄1鎖相環(huán)路的組成鎖相環(huán)的根

2、本原理框圖如圖所示。鎖相環(huán)路主要由晶振、參考分頻器、壓控振蕩器VCO、鑒頻/鑒相器FD/PD、低通濾波器LPF、可編程分頻器組成。它是應(yīng)用數(shù)字邏輯電路將VCO頻率一次或?qū)掖谓档椭凌b相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進(jìn)行比擬，通過(guò)低通濾波器取出誤差信號(hào)來(lái)控制 了大規(guī)模單片集成鎖相環(huán)頻率合成器 可編程分頻器都集成在一個(gè)芯片 中，不需要再單獨(dú)設(shè)計(jì)。通過(guò)單片 機(jī)設(shè)置或改 變MC145152內(nèi)部可 編程分頻器的分頻系數(shù) A、N從而 改變發(fā)射頻率。丄參考分頻器JR_-rR VCO的頻率，使之鎖定在參考頻率的穩(wěn)立度上。設(shè)汁采用MC145152,將圖中的參考振蕩器、參考分頻器、鑒相器、環(huán)路濾波器可編程分頻器

3、前置分頻誥WP/P+1晶振壓控振蕩器的設(shè)計(jì)壓控LC振蕩器主要由壓控振蕩芯片 MC1648.變?nèi)荻O管MV209以及LC諧振回路構(gòu) 成。MCI648需要外接一個(gè)由電感和電容組成的并聯(lián)諧振回路。為到達(dá)最正確工作性能，在工作頻率要求并聯(lián)諧振回路的QlaIOO.電源采用+ 5V的電壓，一對(duì)串聯(lián)變?nèi)荻O管背靠背 與該諧振回路相 連，振蕩器的輸出頻率隨加在變?nèi)荻O管上的電壓大小改變而改變。圖為MCI648的內(nèi)部電路圖。圖 為壓控振蕩電路圖。路錘控振MV20蕩電路 組成由芯片fddVouVBAS 2.6圖2丄40?壓的電路翻部電路VTANKPOINTS D6圖 弦振蕩5電路。VAEK/BBTOUC1-?fo

4、utU5+5VAGCMC1648VCC2OVccl1VEE1? Q4. Qk Q?和Q6,1WZcVCO的芯片管腳3為緩沖輸岀，一路供前置分頻器 MCI2022, 路供放大電路放大后 輸出。 該芯片的5腳是自動(dòng)增益控制電路AGC 的反應(yīng)端。將功率放大器輸岀的電壓Voutl通過(guò)一反饋電路接到該腳，可以在輸出頻率不同的情況下自動(dòng)調(diào)整輸出電壓的幅值并使其穩(wěn)立在lV ±0.1Va在輸入信號(hào)電平變化時(shí)，AGC電路用改變?cè)鲆娴姆椒ňS持輸岀信號(hào)電平基本不變。結(jié)合MCI648的內(nèi)部電路圖，可以得到：當(dāng)輸出電壓高于IV時(shí)，二極管Di反偏，電壓為負(fù)，使Qs的基極電壓減小，集電極電壓增大，這樣Q?的Vbe

5、減小，電壓放大倍數(shù)減 小，使得輸岀電壓 V uii也減小，穩(wěn)左在1V±0.1V。期外在輸出局部增加了變壓器耦合，使得輸岀電壓進(jìn)一步穩(wěn)定。VCO產(chǎn)生的振蕩頻率范圍和變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)。圖為變?nèi)荻O管的測(cè)試圖?？衫脠D中a所示的測(cè)量電路來(lái)測(cè)變?nèi)荻O MV209的壓容特性。b為貝壓容特性 和壓控振蕩 器的壓控特性示意圖。從圖中可見變?nèi)荻O管的反偏電壓從Vomin? Vomax變化，對(duì)應(yīng)的輸岀頻率范圍是fmin? fnm在預(yù)先給泄L的情況下，給變?nèi)荻O管加不同的電壓，測(cè)得對(duì)應(yīng)的諧振頻率，從而可以計(jì)算出 CD的值。減小諧振回路的電感感抗，改變電容容量，不需要并聯(lián)二極管即可很容易地實(shí)現(xiàn)頻率

6、擴(kuò)展，在實(shí)驗(yàn)中利用該方法用單管電感，繞6圈，曾使輸出到達(dá)87MHZ以上。掃頻輸入巫接測(cè)頻儀S3R2【I處1001C1 _1OOOpFR1420VDL13.3PC2WOOpF圖2. 1變?nèi)荻O管特性測(cè)試電路圖2.2 Matlab訃算得到的變?nèi)荻O管持性曲線彳氐通濾波器低通濾波藩由運(yùn)放LM358和RC電路組成。英電路圖如圖 224所示。低通濾波器用于 濾除鑒相 器輸岀的誤差電壓中的高頻分量和瞬變雜散千擾信號(hào)，以獲得更純的控制電壓，提高環(huán)路穩(wěn)泄性和改善環(huán)路跟蹤性能和噪聲性能。鎖相穩(wěn)頻系統(tǒng)是一個(gè)相位反應(yīng)系統(tǒng)，其反應(yīng)目的是使VCO的振蕩頻率由自有偏差的狀態(tài)逐步過(guò)渡到準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)值。而VCO如做調(diào)頻 源用，

7、其瞬時(shí)頻率總是偏離標(biāo)準(zhǔn)值的。鎖相環(huán)路只對(duì) VCO平均中心頻率不穩(wěn)左所引起的分 量處于低通濾波器通帶1loilk之內(nèi)起作用，使其中心頻率鎖泄在設(shè)立的頻率上。因此，輸出的前置分頻器由于一般可編程分頻器只能工作到幾十兆赫茲，更高頻率時(shí)需要在VCO與FN分頻器 之間再加上一個(gè)前置分頻器。前置分頻器和MC145152中的FA和綱 計(jì)數(shù)器一起構(gòu)成一吞 脈沖程序分頻器。圖為其工作示意圖，苴中a是P/P+1前置分頻器方框圖，b是吞咽 脈沖il? 數(shù)的示意圖。選用的是集成芯片 MCI2022,分頻比為P=63和64。MCI2022受控于 吞咽計(jì)數(shù)器的 分頻比切換信號(hào)，也就是模式選擇信號(hào)當(dāng) M為高電平時(shí)，分頻比為

8、P+1,低電平時(shí)為P. MC145152 內(nèi)的FN和"計(jì)數(shù)器均為減計(jì)數(shù)器,當(dāng)減到零時(shí)，F(xiàn)A計(jì)數(shù)器 輸岀由髙變低，+N計(jì)數(shù)器減到零時(shí)輸 出一脈沖到FD/PD并同時(shí)將預(yù)置的N和A重新巻入 WA和WN計(jì)數(shù)器。利用這種方法可以方便調(diào)頻波的中心>地使總分頻比為連續(xù)數(shù)，總分頻比為D=PN+A。a P/P+l前宜分頻器方框圖b吞咽脈沖計(jì)數(shù)示意圖圖223吞咽式脈沖計(jì)數(shù)原理圖大規(guī)模集成PLL芯片MCI45152簡(jiǎn)介。MC145152是MOTOROLA公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路，它是一塊采用并行碼輸入方式置左、由14根并行輸入數(shù)據(jù)編程的雙模 CMOS-LSI鎖相環(huán)頻率合成器。圖為其內(nèi) 部組成框圖。M

9、CI45152內(nèi)含參考頻率振蕩器、可供用戶選擇的參考分頻器12X8 ROM參考譯碼器和12bitFR 計(jì)數(shù)器、雙端輸出的鑒相器、控制邏輯、10位可編程的lObitFN計(jì)數(shù)器、6位可編程的6bit4-A計(jì)數(shù)器和鎖定檢測(cè)等局部。其中，1Obit-rN計(jì)數(shù)器、6bit4-A汁數(shù)器、模擬控制邏輯和外接雙模前 豊分頻器組成吞脈沖程序分頻器，吞脈沖程序分頻器的 總分頻比為:D=PN+° A的范圍0? 63,N的范圍0? 1023。由此可以計(jì)算出頻率和 A、AsAo Rao RaiWoN9N值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用 FPGA控制器改變其值，便可到達(dá)改變輸岀頻率的目的。圖222 MCI45152內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖參考分頻器是為了得到所需的頻率間隔而設(shè)立的。頻率合成器的輸岀頻譜是不連續(xù)的，兩個(gè)相鄰頻率之間的最小間隔就是頻率間隔。在 MCI45152中，外部穩(wěn)泄參考源由 OSCm輸入，經(jīng) 12位分頻將輸入頻率寧 R,然后送入FD/PD中。R值由Rao、】、R,2上的電平 決定，只有8 個(gè)值可選,分別為& 64、128、256、512、1024、1160、2048。在設(shè)計(jì)中，可通過(guò)改變R值來(lái)改 變步