第三節(jié)頻率合成器

第三節(jié)頻率合成器第1頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三教學(xué)要求了解反饋控制電路的三種基本形式及工作原理。掌握鎖相環(huán)路的系統(tǒng)組成、電路模型、環(huán)路方程和工作原理。掌握環(huán)路跟蹤特性的分析方法和結(jié)論。了解集成鎖相環(huán)路的電路原理及其應(yīng)用。掌握頻率合成器的概念、電路組成、工作原理和性能指標(biāo)。了解DDS頻率合成器的工作原理和性能特點(diǎn)。第2頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三10.1概述為了提高通信和電子系統(tǒng)的性能指標(biāo)，或者實(shí)現(xiàn)某些特定的要求，必須采用自動(dòng)控制方式。由此，各種類型的反饋控制電路便應(yīng)運(yùn)而生了。反饋控制電路可分為三類：自動(dòng)增益控制(AutomaticGainControl，簡(jiǎn)稱AGC)自動(dòng)頻率控制(AutomaticFrequencyControl，簡(jiǎn)稱AFC)自動(dòng)相位控制(AutomatiePhaseControl，簡(jiǎn)稱APC)自動(dòng)相位控制電路又稱為鎖相環(huán)路(PhaseLockedLoop，簡(jiǎn)稱PLL)，是應(yīng)用最廣的一種反饋控制電路。第3頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三基本原理與分析方法在反饋控制電路里，比較器、控制信號(hào)發(fā)生器、可控器件、反饋網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成了一個(gè)負(fù)反饋閉合環(huán)路?？煽仄骷容^器反饋網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)發(fā)生器參考信號(hào)xr(t)反饋信號(hào)xf(t)誤差信號(hào)xe(t)控制信號(hào)xc(t)輸出信號(hào)xy(t)輸入信號(hào)xi(t)根據(jù)參考信號(hào)的不同情況，反饋控制電路的工作情況有兩種。(1)參考信號(hào)xr(t)不變，恒定為xro(2)參考信號(hào)xr(t)變化第4頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三數(shù)學(xué)模型將反饋控制電路近似作為一個(gè)線性系統(tǒng)分析。由于直接采用時(shí)域分析法比較復(fù)雜，所以采用復(fù)頻域分析法，根據(jù)反饋控制電路的組成方框圖，可畫(huà)出用拉氏變換表示的數(shù)學(xué)模型圖中Xr(s)，Xe(s)，Xc(s)，Xi(s)，Xy(s)和Xf(s)分別是，xr(t)，xe(t)，xc(t)，xi(t)，xy(t)和xf(t)的拉氏變換。比較器輸出的誤差信號(hào)xe(t)通常與xr(t)和xf(t)的差值成正比，設(shè)比例系數(shù)為kp，則有xe(t)=kp[xr(t)-xf(t)]比較器控制信號(hào)發(fā)生器可控器件反饋網(wǎng)絡(luò)參考信號(hào)Xr(s)反饋信號(hào)Xf(s)誤差信號(hào)Xe(s)控制信號(hào)Xc(s)輸出信號(hào)Xy(s)輸入信號(hào)Xi(s)kpH1(s)kcH2(s)寫(xiě)成拉氏變換式，有Xe(s)=kp[Xr(s)-Xf(s)]可控器件作為線性器件，有xy(t)=kc

xc(t)，kc是比例系數(shù)。寫(xiě)成拉氏變換式，有Xy(s)=kc

Xc(s)實(shí)際電路中一般都包括濾波器，其位置可歸納在控制信號(hào)發(fā)生器或反饋網(wǎng)絡(luò)中，所以將這兩個(gè)環(huán)節(jié)看作線性網(wǎng)絡(luò)。其傳遞函數(shù)分別為閉環(huán)傳遞函數(shù)誤差傳遞函數(shù)第5頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三自動(dòng)增益控制電路自動(dòng)增益控制(AGC)電路的主要作用：使設(shè)備的輸出電平保持為一定的數(shù)值。因此也稱自動(dòng)電平控制(ALC)電路。輸入電壓Ui控制信號(hào)發(fā)生器k1可控增益放大器Ag比較器kp低通濾波參考電壓Ur反饋電壓Uf誤差電壓ue控制電壓uc輸出電壓Uy電平檢測(cè)k2直流放大k3設(shè)輸入信號(hào)振幅為Ui，輸出信號(hào)振幅為Uy，可控增益放大器增益為Ag(uc)，是控制信號(hào)uc的函數(shù)，則有

Uy=Ag(uc)Ui

第6頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三自動(dòng)頻率控制（AFC）電路AFC電路也是一種反饋控制電路，控制對(duì)象是壓控振蕩器。其主要作用是自動(dòng)控制振蕩器的振蕩頻率，保證振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定。

可控頻率電路kc頻率比較器kp濾波器H(s)ωrΩr(s)ωyΩy(s)ωyueUe(s)UcUc(s)頻率比較器的輸出誤差電壓ue與兩個(gè)輸入信號(hào)的頻率差有關(guān)，而與這兩個(gè)信號(hào)的幅度無(wú)關(guān)，ue為ue=kp(ωr-ωy)式中，kp在一定的頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，實(shí)際上就是鑒頻跨導(dǎo)。常用的頻率比較電路有兩種形式：一是鑒頻器，二是混頻-鑒頻器。第7頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鎖相環(huán)路（PLL）鎖相環(huán)路（Phaselockedloop縮寫(xiě)PLL）是一種相位自動(dòng)控制電路，被控量為相位，被控對(duì)象為壓控振蕩器。其作用是實(shí)現(xiàn)環(huán)路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間無(wú)誤差的頻率跟蹤，僅存在某一固定的相位差。

PLL電路廣泛應(yīng)用于：

第8頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、鎖相環(huán)的組成部件

PLL是一個(gè)相位負(fù)反饋系統(tǒng)，可對(duì)輸入信號(hào)的頻率與相位實(shí)施跟蹤。

三個(gè)基本部分構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋環(huán)：PDLFVCOvi(t)vd(t)vc(t)vo(t)θi(t)θo(t)θe(t)vo(t)PDLFVCO10.2自動(dòng)相位控制電路（鎖相環(huán)）第9頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.鑒相器（PD）即

PDvi(t)/θi(t)vo(t)/θo(t)vd(t)/θe(t)鑒相器是一個(gè)相位比較器，

輸出信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)與的相位差

的函數(shù)，vi(t)vo(t)正弦特性，三角波特性，鋸齒波特性等，其中最基本的是正弦波特性，它可用一個(gè)模擬乘法器與低通濾波器串接而成。θe(t)vd(t)鑒相特性的形式有許多種，如:乘法器低通濾波PDvi(t)vo(t)vd(t)如果設(shè)環(huán)路輸入信號(hào)：PLL環(huán)輸出的反饋信號(hào)：經(jīng)過(guò)相乘，并濾除和頻分量，可得輸出的誤差電壓為：其中

θe(t)為輸入信號(hào)的瞬時(shí)相位差?？傻描b相器的數(shù)學(xué)模型:θ1(t)-θ2(t)另外可看出：當(dāng)θe<π/6時(shí)，鑒相器第10頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.環(huán)路濾波器LF環(huán)路濾波器具有低通特性，其主要作用是濾除鑒相器輸出端的高頻分量和噪聲，vd(t)經(jīng)LF后得到一個(gè)平均電壓vc(t)用來(lái)控制VCO的頻率變化，常見(jiàn)的濾波器有以下幾種形式。RCvd（t）vc（t）RC積分濾波器vd（t）vc（t）無(wú)源比例積分濾波器vd（t）vc（t）有源比例積分濾波器①RC積分濾波器傳輸函數(shù)：R1CR2R1R2C-+第11頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三②無(wú)源比例積分濾波器R1CR2vd（t）vc（t）無(wú)源比例積分濾波器其中：,通常R1>R2③有源比例積分濾波器如果將F(s)中的s用微分算子p替代，可寫(xiě)出濾波器的輸出電壓vc(t)與輸入信號(hào)vd(t)之間的微分方程：其中為微分算子，由上式可得環(huán)路濾波器的電路模型如右圖所示。F(p)vd（t）vc（t）有源比例積分濾波器R1R2C-+綜上：第12頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.壓控振蕩器（VCO）壓控振蕩器：是瞬時(shí)頻率

控制的振蕩器。其控制特性可用壓控特性曲線來(lái)描述，如右圖所示。ωovc(t)ωc其中：時(shí)的固有振蕩頻率：K0：壓控靈敏度

由于VCO的輸出反饋到鑒相器，而從鎖相環(huán)的控制作用來(lái)看，VCO對(duì)鑒相器起作用的不是其頻率而是相位，故對(duì)上式積分即可求出相位：上式中：為積分算子壓控振蕩器數(shù)學(xué)模型如右圖所示。K0/p第13頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三F(p)θ1(t)θe(t)KO/pθ2(t)二、鎖相環(huán)路相位模型和基本方程1.相位模型將上述鎖相環(huán)的三個(gè)基本部件的模型按環(huán)路組成框圖聯(lián)接起來(lái)，即可構(gòu)成鎖相環(huán)路相位模型，如下圖所示：2.基本方程根據(jù)鎖相環(huán)路相位模型，可得以相位形式表示的基本微分方程：∴環(huán)路的微分方程為：物理意義

（1）是鑒相器的輸入信號(hào)與VCO輸出信號(hào)之間的瞬時(shí)相位差；（2）是控制相位差。它是通過(guò)閉環(huán)逐級(jí)處理得到的相位控制量；（3）相位控制方程描述了環(huán)路相位的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，即任何時(shí)刻，環(huán)路的瞬時(shí)相位差和控制相位差的代數(shù)和等于輸入信號(hào)以相位為參考的瞬時(shí)相位。第14頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.環(huán)路工作的定性分析設(shè)輸入信號(hào)為固定頻率的正弦信號(hào)（即均為常量）由于

∴有：固有角頻差

代入環(huán)路的微分方程可得：上式左邊第一項(xiàng)環(huán)路的瞬時(shí)角頻差。左邊第二項(xiàng)：是VCO受控制電壓Vc(t)的作用后輸出的瞬時(shí)角頻率與固有振蕩頻率之差，稱為控制角頻差。由以上分析可得：結(jié)論：閉合環(huán)路中任何時(shí)刻滿足：

瞬時(shí)頻差+控制頻差=輸入的固有頻差

第15頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.環(huán)路“鎖定”的基本概念

（一）環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過(guò)程當(dāng)環(huán)路輸入一個(gè)頻率和相位不變的信號(hào)時(shí)，根據(jù)以為參考相位可得根據(jù)環(huán)路方程可得1、當(dāng)環(huán)路閉合瞬間，則，無(wú)控制角頻差，此時(shí)環(huán)路的瞬時(shí)角頻差等于輸入固有角頻差。2、隨著時(shí)間t的增加，有控制電壓產(chǎn)生，控制角頻差就產(chǎn)生。隨著控制角頻差的增大，瞬時(shí)角頻差就減小，二者之和等于輸入固有角頻差。3、當(dāng)控制角頻差隨著時(shí)間t的增加到等于輸入固有角頻差時(shí)，瞬時(shí)角頻差為零，即。這時(shí)是一固定值，不隨時(shí)間變化。若能一直保持下去，則認(rèn)為進(jìn)入鎖定狀態(tài)。

第16頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)的特點(diǎn)1、壓控振蕩器輸出電壓的角頻率等于輸入信號(hào)角頻率，即無(wú)剩余頻差，。2、環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間只存在一個(gè)固定的穩(wěn)態(tài)相位差，即剩余相位差為一固定值。3、環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，鑒相器的輸出電壓為直流4、環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，因?yàn)闉橹绷鳎瑒t式中，為環(huán)路的直流總增益，單位。第17頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、鎖相環(huán)路的工作原理設(shè)壓控振蕩器的固有振蕩頻率為ω0，而當(dāng)環(huán)路閉合瞬間外輸入信號(hào)角頻率ωi與ω0即不相同也不相干，則鑒相器輸出的差拍電壓為：①失鎖狀態(tài)

如果:環(huán)路固有角頻差>環(huán)路低通濾波器的通頻帶則差拍電壓將被濾除，而不能形成控制電壓

壓控振蕩器輸出角頻率不變化即則即：環(huán)路的瞬時(shí)頻差=固有頻差環(huán)路此時(shí)處于失鎖狀態(tài)。第18頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三②鎖定狀態(tài)由于很接近，所以很可能擺動(dòng)到上，當(dāng)時(shí)：相位差如果十分接近，即固有頻差，則差拍電壓不會(huì)被環(huán)路濾波器濾除而形成控制電壓，去控制壓控振蕩器，VCO產(chǎn)生中心頻率為的調(diào)頻信號(hào)VCO的瞬時(shí)振蕩頻率將以為中心在一定范圍內(nèi)來(lái)回?cái)[動(dòng)，即環(huán)路產(chǎn)生了控制頻差此時(shí)鑒相器輸出電壓是一個(gè)較小的直流電壓，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。第19頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三③牽引捕捉狀態(tài)當(dāng)介于上述兩者之間時(shí)，如果VCO的瞬時(shí)頻率圍繞為中心擺動(dòng)的范圍小，至使不可能擺動(dòng)到處時(shí)，環(huán)路不能立即入鎖。此時(shí)VCO輸出的調(diào)頻波，其調(diào)制頻率就是差拍頻率，與輸入信號(hào)經(jīng)鑒相器PD鑒相，輸出一個(gè)正弦波與調(diào)頻波的差拍電壓：如果令:另有∴

其中顯然不再是一個(gè)正弦電壓，而是一個(gè)上下不對(duì)稱的差拍電壓；經(jīng)環(huán)路濾波后有直流電壓加到VCO的控制端，從而使的偏移增大，使更接,上述過(guò)程持續(xù)直到，環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。vdt第20頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三④跟蹤狀態(tài)當(dāng)環(huán)路已處于鎖定狀態(tài)后，如果的頻率和相位有稍變化時(shí)，例如：則直到，狀態(tài)鎖定為止。θevd同理:如果則直到，狀態(tài)鎖定為止。ωcvc第21頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、鎖相環(huán)性能分析鎖相環(huán)性能主要指標(biāo)有：同步帶寬捕捉帶寬穩(wěn)態(tài)相差1.同步帶寬設(shè)環(huán)路已處于鎖定狀態(tài)，當(dāng)緩慢改變輸入信號(hào)頻率使固有頻差值向正或負(fù)方向逐步增大時(shí)，由于環(huán)路的自身調(diào)節(jié)作用，能夠維持環(huán)路鎖定的最大頻差稱為環(huán)路同步帶，記作。由于環(huán)路鑒頻特性對(duì)零點(diǎn)是對(duì)稱的，因此同步帶相對(duì)于也是對(duì)稱的。2.捕捉帶寬設(shè)鎖相環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，改變使固有頻差減少,環(huán)路能夠經(jīng)牽引捕獲而入鎖的最大固有頻差值稱為環(huán)路捕捉帶。通常。第22頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.穩(wěn)態(tài)相差θe(∞)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，存在著的固定相差稱為穩(wěn)態(tài)相位誤差θe(∞)。由方程：

環(huán)路鎖定意味著瞬時(shí)頻差為零，即此時(shí)式中，為環(huán)路直流總增益，其值增大可使減少。第23頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4．鎖相環(huán)性能特點(diǎn)鎖相環(huán)路用作調(diào)頻信號(hào)解調(diào)時(shí)，與普通鑒頻器相比較，有低門限信噪比特性。這是因?yàn)榄h(huán)路有反饋控制作用，跟蹤相位差小，降低了鑒相特性的非線形影響，從而改善了門限效應(yīng)。（1）環(huán)路在鎖定狀態(tài)下無(wú)剩余頻差鎖相環(huán)路對(duì)輸入的固定基準(zhǔn)頻率鎖定后，壓控振蕩器輸出頻率與基準(zhǔn)頻率的頻差為零。環(huán)路輸出可做到無(wú)剩余頻差存在，是一個(gè)理想的頻率控制系統(tǒng)。（2）鎖相環(huán)有良好的窄帶特性鎖相環(huán)具有窄帶特性，當(dāng)壓控振蕩器頻率鎖定在輸入頻率上時(shí)，僅位于輸入信號(hào)頻率附近的干擾成分能以低頻干擾的形式進(jìn)入環(huán)路，而絕大多數(shù)的干擾會(huì)受到環(huán)路低通濾波器的抑制，從而減少了對(duì)壓控振蕩器的影響。（3）良好的跟蹤特性VCO的輸出頻率可以跟蹤輸入信號(hào)的變化，表現(xiàn)出良好的跟蹤特性。在接收有多普勒頻移的動(dòng)目標(biāo)時(shí)，這種特性尤為重要。(4)低門限特性第24頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三鎖相環(huán)的典型應(yīng)用1.鎖相倍頻在鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器就可構(gòu)成鎖相倍頻電路。如圖：ωi(t)PDLFVCOvi(t)vo(t)ωo(t)ωo(t)/N當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器兩輸入信號(hào)頻率相等。即有：式中：N為分頻器的倍頻比。第25頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.鎖相分頻在鎖相環(huán)路中插入倍頻器就可構(gòu)成鎖相分頻電路。如圖所示：ωi(t)PDLFVCOvi(t)vo(t)ωo(t)Nωo(t)當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)：式中：N為倍頻器的倍頻次數(shù)。第26頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.鎖相混頻器設(shè)混頻器的本振信號(hào)頻率為ωL，在ωL>ωo時(shí)混頻器的輸出頻率為（ωL-ωo），經(jīng)差頻放大器后加到鑒相器上。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)ωo(t)ωi(t)ωL(t)PDLFVCOvi(t)vo(t)|ωL(t)-ωo(t)|混頻差頻放大第27頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.頻率合成器頻率合成器是利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的頻率來(lái)產(chǎn)生一系列所需頻率的技術(shù)。鎖相環(huán)路加上一些輔助電路后，就能容易地對(duì)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算而產(chǎn)生所需的頻率信號(hào)，且合成后的信號(hào)頻率與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率具有相同的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度及具有較好的頻率純度，如果結(jié)合單片微機(jī)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選頻和頻率掃描。鎖相式單環(huán)頻率合成器基本組成如下圖所示：

PD

LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振fi(t)/M當(dāng)環(huán)路鎖定后，鑒相器兩路輸入頻率相等即：當(dāng)N改變時(shí)，輸出信號(hào)頻率相應(yīng)為fi的整數(shù)倍變化。第28頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

環(huán)C例：下圖為三環(huán)式頻率合成器方框圖已知：

求輸出信號(hào)頻率范圍及頻率間隔。環(huán)A環(huán)BPDLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDLFVCO混頻帶通fo(t)fc(t)fo-fB第29頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三解：∵而而環(huán)路C為混頻環(huán)，即當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)：∴有∴當(dāng)NA=300，NB=351時(shí)，當(dāng)NA=301，NB=351時(shí)，因此頻率間隔：PDLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDLFVCO混頻帶通fo(t)fc(t)fo-fB而當(dāng)=399，=397時(shí)輸出頻率最高。所以，合成器的頻率范圍為：（35.4~40.099）MHz第30頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.鎖相環(huán)調(diào)頻電路

普通的直接調(diào)頻電路中，振蕩器的中心頻率穩(wěn)定度較差，而鎖相調(diào)頻電路能得到中心頻率穩(wěn)定度很高的調(diào)頻信號(hào)，鎖相環(huán)調(diào)頻電路如下圖所示。環(huán)路濾波器的帶寬必須很窄，截至頻率應(yīng)小于調(diào)制信號(hào)的頻率。fi(t)晶振PDLFVCOfo(t)調(diào)頻波fΩ(t)調(diào)制信號(hào)+當(dāng)調(diào)制信號(hào)為鋸齒波時(shí)，可輸出掃頻信號(hào)。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為數(shù)字脈沖時(shí)，可產(chǎn)生移頻鍵控調(diào)制（FSK信號(hào)）。調(diào)制信號(hào)作為VCO控制電壓的一部分使其頻率產(chǎn)生相應(yīng)的變化，由此在輸出端得到已調(diào)頻信號(hào)。第31頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三6.鎖相解調(diào)電路(1)調(diào)頻波解調(diào)用鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波解調(diào)如果將環(huán)路的頻帶設(shè)計(jì)的足夠?qū)?，使環(huán)路捕捉帶大于調(diào)頻波的最大頻偏，利用鎖相環(huán)的跟蹤特性，可以使VCO的振蕩頻率跟蹤輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率。如果VCO的電壓-頻率特性是線形的，則加到VCO的控制電壓的變化規(guī)律必與調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率變化規(guī)律相同，因此在LF的輸出端可獲得不失真的解調(diào)輸出。調(diào)頻波鎖相解調(diào)的優(yōu)點(diǎn)是解調(diào)門限值比普通鑒相器低4~5dB。PDLFVCOVFM(t)調(diào)頻波VΩ(t)調(diào)制信號(hào)第32頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)AM信號(hào)的同步檢波用鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)AM信號(hào)同步檢波PDLFVCOVAM(t)調(diào)幅波VΩ(t)調(diào)制信號(hào)π/2移項(xiàng)同步檢波當(dāng)環(huán)路工作在載波跟蹤狀態(tài)時(shí)，VCO輸出頻率與環(huán)路輸入已調(diào)信號(hào)的載波相同，但存在π/2的固定相移。因此，經(jīng)過(guò)π/2移項(xiàng)后變成與輸入已調(diào)信號(hào)的載頻相同的信號(hào)。將它與輸入已調(diào)信號(hào)共同加到同步檢波器就能得到解調(diào)信號(hào)輸出。第33頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三BG322、X38、CD4046、MC1404b。單片集成鎖相環(huán)電路模擬鎖相環(huán)路：NE560、NE561、562、565、L562、L564、SL565、KD801、KD802、KD8041等。數(shù)字鎖相環(huán)路：一、NE562NE562（國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品L562、KD801、KD8041）是目前廣泛應(yīng)用的一種多功能單片鎖相環(huán)路。1．NE562組成框圖NE562是最高工作頻率可達(dá)30MHz的通用型集成鎖相環(huán)。第34頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三定時(shí)電容CrPDLF限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接環(huán)路濾波器RC元件去加重-VEE跟蹤范圍偏壓輸出FM解調(diào)輸出VCO輸出反饋信號(hào)輸入信號(hào)輸入NE56212345678910111213141516PD（鑒相器）：采用雙平衡模擬乘法器LF：13、14腳可外接RC元件構(gòu)成環(huán)路濾波器。VCO：是射極定時(shí)的壓控多諧振蕩器，定時(shí)電容由5、6腳外接電容。限幅器：是與VCO串接的一級(jí)控制電路，7腳注入電流的大小可以控制環(huán)路的跟蹤范圍。放大器A1、A2、A3：作為隔離，緩沖放大器，10腳用于外接去加重電容。當(dāng)環(huán)路用于解調(diào)時(shí)，A1，A2的放大作用可以提高9腳輸出的解調(diào)信號(hào)的電平值。既可以保證VCO的頻穩(wěn)度，又放大了VCO的輸出電壓，使3、4腳輸出的電壓幅度增大到約4.5V，以滿足PD對(duì)VCO信號(hào)電壓幅度的要求。11，12腳：外接輸入信號(hào)。VCO輸出3、4腳與PD的反饋信號(hào)輸入端2、15腳之間，可外接其它部件以發(fā)揮多功能作用。第35頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2．NE562的使用說(shuō)明(1)輸入信號(hào)從11、12腳輸入時(shí)，應(yīng)采用電容耦合，以避免影響輸入端的直流電位，要求容抗<<輸入電阻（2K）?？梢噪p端輸入，也可單端輸入，單端輸入時(shí)，另一端應(yīng)交流接地，以提高PD增益。(2)環(huán)路濾波的設(shè)計(jì)

NE562常用的環(huán)路濾波器有下圖所示的四種形式：

NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314RfPDLF限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接環(huán)路濾波器RC元件去加重-VEE跟蹤范圍偏壓輸出FM解調(diào)輸出VCO輸出反饋信號(hào)輸入信號(hào)輸入第36頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三13、14腳的外接電路與NE562內(nèi)部的PD負(fù)載電阻Rc共同構(gòu)成積分濾波器。

一般已知Rc=6KΩ，Rf通常選在50~200Ω之間，根據(jù)所要求設(shè)計(jì)的環(huán)路濾波器截至頻率ωc可計(jì)算出Cf值：

對(duì)圖(a):對(duì)圖(b):對(duì)圖(c):對(duì)圖(d):NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314Rf第37頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)VCO的輸出方式與頻率調(diào)整1．VCO信號(hào)輸出端3、4腳與地之間應(yīng)當(dāng)接上數(shù)值相等的射極電阻，阻值一般為2-12KΩ，使內(nèi)部射極輸出器的平均電流不超過(guò)4mA.2．當(dāng)VCO輸出需與邏輯電路連接時(shí)，必須外接電平移動(dòng)電路，使VCO輸出端12V的直流電平移到某一低電平值上，并使輸出方波符合邏輯電平要求，工作頻率可達(dá)到20MHz。圖（a）為實(shí)用的單端輸出圖（b）為實(shí)用的雙端驅(qū)動(dòng)的電平移動(dòng)電路NE56234圖（a）5v輸出到邏輯電平NE5623416圖（b）5v18v輸出到邏輯電平第38頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3．VCO的頻率及其跟蹤范圍能調(diào)整與控制。VCO頻率的調(diào)整，除采用直接調(diào)節(jié)與定時(shí)電容并聯(lián)的微變電容外，還有如下圖所示的方法：NE562568RRCTEA圖(a)圖(a)電路的VCO的工作頻率為：其中時(shí)VCO的為固有振蕩頻率，改變值，振蕩頻率相對(duì)變化。NE56256810K10KCT圖(b)NE56256810K10KCT5K圖(c)圖(b)、(c)，可將VCO頻率擴(kuò)展到30MHz以上，（c）可用外接電位器微調(diào)頻率。第39頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(4)PD的反饋輸入與環(huán)路增益控制方式PD的反饋輸入方式一般采用單端輸入工作方式，如右圖所示，1腳的+7.7V電壓經(jīng)R（2K）分別加到反饋輸入端2、15腳作為IC內(nèi)部電路基極的偏壓，而且1腳到地接旁路電容，反饋信號(hào)從VCO的3腳輸出，并經(jīng)分壓電阻取樣后，通過(guò)耦合電容加到2腳構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。環(huán)路增益還普遍采用在13、14腳并接電阻Rf的方式，此時(shí)的環(huán)路總增益為：的單位為可以抵消因上升而使過(guò)大造成的工作不穩(wěn)定性。NE56211523CCCB7．7VR2kR2kR111kR21k第40頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(5)解調(diào)輸出方式當(dāng)NE562用作FM信號(hào)的解調(diào)時(shí)，解調(diào)信號(hào)由⑨腳輸出，此時(shí)⑨腳需外接一個(gè)電阻到地（或負(fù)電源）作為NE562內(nèi)部電路的射極負(fù)載，電阻數(shù)值要合適（常取15k）以確保內(nèi)部射極輸出電流不超過(guò)5mA，另外⑩腳應(yīng)外加重電容。PDLF限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接環(huán)路濾波器RC元件去加重-VEE跟蹤范圍偏壓輸出FM解調(diào)輸出VCO輸出反饋信號(hào)輸入信號(hào)輸入第41頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、NE562應(yīng)用實(shí)例NE562內(nèi)部限幅器集電極電流受7腳外接電路的控制，一般7腳注入電流增加，則內(nèi)部限幅器集電流減少，VCO跟蹤范圍小；反之則跟蹤范圍增大。當(dāng)⑦腳注入電流大于0.7mA時(shí)，內(nèi)部限幅器截至，VCO的控制被截?cái)?，VCO處于失控自由振蕩工作狀態(tài)（系統(tǒng)失鎖）。跟蹤范圍控制RfRf11K1K161514131211109NE56212345678ooooCTCCCCCBCfCfRLVCC12K1K1K0.1μ0.1μ0.1μFM輸入解調(diào)輸出第42頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三10.3頻率合成器一、頻率合成器的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.概念工作頻率范圍頻率間隔頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率穩(wěn)定度與準(zhǔn)確度頻譜純度3.主要技術(shù)指標(biāo)直接頻率合成器鎖相頻率合成器直接數(shù)字頻率合成器2.分類頻率合成是利用一個(gè)（或幾個(gè)）高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)頻率，通過(guò)一定的變換與處理后，形成一系列等間隔的離散頻率。這些離散頻率的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都與基準(zhǔn)頻率相同，而且能在很短的時(shí)間內(nèi)，由某一頻率切換到另一頻率。第43頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、直接頻率合成器1.直接頻率合成的基本原理2.一個(gè)基準(zhǔn)源的直接頻率合成器直接式頻率合成器之一基準(zhǔn)頻率fR由晶體振蕩器提供。輸出頻率：采用一個(gè)或多個(gè)不同頻率的晶體振蕩器作為基準(zhǔn)信號(hào)源，經(jīng)過(guò)具有加、減、乘、除四則運(yùn)算功能的混頻器、倍頻器、分頻器和具有選頻功能的濾波器的不同組合來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率合成。第44頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.由諧波發(fā)生器提供基準(zhǔn)頻率的直接頻率合成器?晶振通過(guò)分頻和諧波發(fā)生器產(chǎn)生0~9MHz的10個(gè)基準(zhǔn)頻率。?S1，S2，S3是單刀10擲開(kāi)關(guān)，各有10個(gè)結(jié)點(diǎn)，分別接到諧波發(fā)生器的10個(gè)輸出端上。?改變S1，S2，S3的位置可以得到f0=10f3+f2+f1/10。輸出頻率范圍為10.0~99.9MHz，頻率間隔為100KHz。直接式頻率合成器之二4.直接式頻率合成器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，能產(chǎn)生任意小的頻率間隔。缺點(diǎn)：頻率范圍有限，離散頻率點(diǎn)不能太多。采用大量倍頻、分頻和混頻器，使輸出的寄生頻率成分和相位噪聲加大，而且體積大、成本高。第45頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、鎖相頻率合成器1.鎖相頻率合成器的基本組成與特點(diǎn)2.典型的鎖相頻率合成器系統(tǒng)簡(jiǎn)單，輸出頻率頻譜純度高，能得到大量離散頻率，且有多種大規(guī)模集成鎖相頻率合成器的成品可供選用。由基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器和鎖相環(huán)路（含分頻器）兩部分組成。1、基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器產(chǎn)生的fR送給鑒相器作為參考輸入頻率。2、壓控振蕩器的輸出信號(hào)先通過(guò)程序分頻器進(jìn)行N次分頻后，再送給鑒相器與參考輸入信號(hào)進(jìn)行相位比較。3、環(huán)路鎖定后，輸出頻率4、分頻比N由輸入的數(shù)字信號(hào)控制?？梢圆捎貌⑿休斎搿⒋休斎牒退奈粩?shù)據(jù)總線輸入之一的數(shù)字信號(hào)控制方式。第46頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三利用中規(guī)模鎖相頻率合成器MC145106與低通濾波器、壓控振蕩器組成的頻率合成器。（1）10.24MHz的晶體與片內(nèi)的反相放大器組成電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩頻率為10.24MHz，送給參考分頻器。（2）參考分頻器由一個(gè)÷2電路和÷29/210電路組成，由FS（6）端控制。若FS=“1”，參考分頻比為210，則fR=10KHz。若FS=“0”，參考分頻比為211，則fR=5KHz。本電路的FS=“0”，故fR=5KHz。（3）程序分頻器（÷N計(jì)數(shù)器）輸入端2連接到VCO的輸出端。分頻比是由9位二進(jìn)制輸入來(lái)控制，其分頻比N=3~511。輸入懸空時(shí)，為邏輯“0”，接高電平時(shí)，為邏輯“1”。本電路f0=NfR，即15KHz~2555KHz，頻率間隔為5KHz。（4）電路缺點(diǎn)：輸出信號(hào)頻率受程序分頻器上限工作頻率的限制，不能做得很高。MC145106組成頻率合成器第47頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.帶高速前置分頻器的鎖相頻率合成器圖10-28具有高速前置分頻器的頻率合成器?采用上限頻率高的高速前置分頻器M，可以降低程序分頻器的工作頻率M倍，能解決程序分頻器上限頻率不高的矛盾。?壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率f0=MNfR。由于M是一固定值，則頻率間隔為MfR，比沒(méi)有前置分頻器的要大M倍。第48頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.雙模前置分頻鎖相頻率合成器圖10-29吞脈沖可變分頻器原理圖為解決高的VCO輸出頻率和低速程序分頻器的矛盾，并保證合適的頻率間隔，可采用雙模前置分頻器的鎖相頻率合成器，又稱吞脈沖鎖相頻率合成器。第49頁(yè)，共53頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、吞脈沖可變分頻器（1）雙模前置分頻鎖相頻率合成器的分頻器是由高速雙模前置分頻器（÷p/p+1）、吞脈沖計(jì)數(shù)器A，程序計(jì)數(shù)器N和模式控制邏輯電路組成。（2）÷A計(jì)數(shù)器和÷N計(jì)數(shù)器均為減法計(jì)數(shù)器。（3）雙模前置分頻的分