畢业设计书锁相式频率合成器设计书.docVIP

概述 频率合成技术及其发展 随着通信、数字电视、卫星定位、航空航天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个数的要求越来越高。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。频率合成的方法主要有三种：直接合成模拟式频率合成、直接数字频率合成和锁相频率合成。 通过对频率进行加、减、乘、除运算, 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。频率合成器是从一个或多个参考频率中产生多种频率的器件。它是现代通讯系统必不可少的关键电路, 广泛应用于数字通信、卫星通信、雷达、导航、航空航天、遥控遥测以及高速仪器仪表等领域。以通信为代表的信息产业是当代发展最快的行业,因此, 频率合成器也得到了较快发展, 形成了完善的系列品种, 市场需求也特别大。频率合成器的技术复杂度很高, 经过了直接合成模拟式频率综合器、锁相式频率综合器、直接数字式频率综合器（DDS）三个发展阶段。 直接合成模拟式频率合成器是通过倍频器、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。但用这种方法合成的频率范围将受到限制。更重要的是, 直接合成模拟式频率合成器不能实现单片集成, 而且输出端的谐波、噪声及寄生频率难以抑制。因此, 直接合成模拟式频率综合器已逐渐被锁相式频率综合器、直接数字式频率综合器取代。 使用PLL技术实现的锁相式频率合成器在性能上较之RC、LC振荡源有很大提高, 但外围电路仍然较复杂, 且容易受外界干扰, 分辨率难以提高,其它指标也不理想。近年来, 直接数字频率合成器(DDS)的出现, 使频率合成技术大大前进了一步。频率控制是现代通信技术中很重要的一环, 获取宽带、快速、精细、杂散小的频率控制信号一直是通信领域中的一个重要研究内容。DDS技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术, 具有频率分辨率高、频率变换速度快、相位可连续线性变化等优点, 在基于数字信号处理的现代通信频率控制中已被广泛采用。1971年, 美国学者J.Tierncy、C.M.Rader和B.Gold提出了以全数字技术, 从相位概念出发, 直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。限于当时的技术和器件水平, 它的性能指标不能与已有的技术相比, 故未受到重视。近20年间, 随着技术和器件水平的提高, 直接数字频率合成技术得到了飞速的发展, 成为现代频率合成技术中的佼佼者。DDS具有超高速的频率转换时间, 极高的频率分辨率, 低的相位噪声, 变频相位连续, 容易实现频率、相位、幅度调制, 全数字化控制等突出优点, 已成为移动通信、卫星定位、数字通信等系统中信号源的首选。 目前, 在各种无线系统中使用的频率合成器普遍采用锁相式频率合成器, 通过CPU控制, 可获得不同的频点。锁相式频率合成器含有参考振荡器与分频器、可控分频器、压控振荡器及鉴相器、前置分频器等功能单元。频率合成器的最终发展方向是锁相式频率合成器、双环或多环锁相式频率合成器、DDS频率合成器, 以及PLL加DDS混合式频率合成器。因此, 锁相式频率合成器和直接数字式频率综合器受到各界关注, 并得到迅猛发展。 锁相式频率合成器是采用锁相环(PLL)进行频率合成的一种频率合成器。它是目前频率合成器的主流, 可分为整数频率合成器和分数频率合成器。在压控振荡器与鉴相器之间的锁相环反馈回路上增加整数N分频器, 就形成了一个整数频率合成器。通过改变分频系数N, 压控振荡器就可以产生不同频率的输出信号, 而输出信号的频率是参考信号频率的整数倍, 因此称为整数频率合成器。其输出信号之间的最小频率间隔等于参考信号的频率, 而这一点也正是整数频率合成器的局限所在。 构成锁相式整数频率合成器的关键部分是锁相环, 它是一个相位误差控制系统, 通过比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差, 产生误差控制电压, 调整压控振荡器的频率, 以达到与输入信号同频。在环路开始工作时, 如果输入信号频率与压控振荡器频率不同, 则由于两信号之间存在固有的频率差, 它们之间的相位差势必一直在变化, 致使鉴相器输出的误差电压在一定范围内变化。在这种误差电压的控制下, 压控振荡器的频率也在变化。若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号频率相等, 在满足稳定性的条件下, 就在这个频率上稳定下来。达到稳定后, 输入信号和压控振荡器输出信号之间的频差为零, 相差不再随时间变化, 误差电压为一固定值, 环路进入“锁定”状态。环路滤波器的作用是滤除误差电压中的高频成分和噪声, 以保证环路所要求的性能, 增加系统的稳定性。 锁相式分数频率