多模分频锁相综合技术.doc

多模分频锁相频率合成技术 锁相频率合成技术的基本原理及性能指标 扩展频率上限的基本方法及存在的问题 多模分频锁相频率合成技术的基本原理 应用举例 1 引言 锁相环为HYPERLINK /view/19599.htm无线电发射中使HYPERLINK /view/30964.htm频率较为稳定的一种方法，主要由VCO（压控振荡器）和PLL IC （锁相环集成电路）,压控振荡器给出一个HYPERLINK /view/54338.htm信号,一部分作为输出，另一部分通过分频与PLL IC所产生的本振信号作HYPERLINK /view/132570.htm相位比较，为了保持频率不变，就要求相位差不发生改变，如果有相位差的变化，则PLL IC的HYPERLINK /view/10954.htm电压输出端的电压发生变化，去控制VCO,直到相位差恢复，达到锁频的目的。能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。 为了适应现在无线通信频率提高的趋势，要求锁相环输出的频率更高、相位噪声更小的本振频率，为了实现这样的要求，就要对输出信号的反馈信号进行预分频后再与参考信号进行比较，常用的方法有小数分频、整数分频、和多模分频等，本文主要介绍多模分频。 1 锁相频率合成技术基本原理 在当今的通信发送技术中，为了适应对发射机输出频率稳定度和频率准确度的严格要求，以及方便更换发射机频率的需要，在固态调频发射机中普遍使用了锁相技术和频率合成技术。锁相环频率合成器成为固态调频发射机重要的组成部分。? ? 锁相环频率合成器的优点在于其能提供频率稳定度很高的输出信号，能很好地抑制寄生分量，避免大量使用滤波器，因而有利于集成化和小型化。而频率合成器中的程序分频器的分频比可以使用微机进行控制，易于实现发射机频率的更换及其频率显示的程控和遥控，促进全固态调频发射机的数字化、集成化和微机控制化。 将一个标准频率（如晶振参考源），经过加、减、乘、除运算，变成具有同一稳定度和准确度的多个所需频率的技术，称为频率合成技术。控制振荡器，使其输出信号和一个参考信号之间保持确定关系的技术，称为锁相技术。把由基准频率获得不同频率信号的组件或仪器，称为“频率合成器”。? ? 频率合成的方法很多，但大致可分成两大类：直接合成法和间接合成法。?固态调频发射机中的频率合成器采用间接合成法。间接合成法一般可用一个受控源（例如压控振荡器）、参考源和控制回路组成一个系统来实现。即用一个频率源，通过分频产生参考频率，然后用锁相环（控制回路），把压控振荡器的频率锁定在某一频率上，由压控振荡器间接产生出所需要的频率输出。 1.1 锁相环基本工作原理 一个基本的锁相环路由以下3个部件组成：压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）和环路滤波器（LF），如图1所示。 图1 锁相环原理框图? ? 当锁相环开始工作时，输入参考信号的频率fi与压控振荡器的固有振荡频率f0总是不相同的，即fi≠f0，这一固有频率差△f=fi-f0必然引起它们之间的相位差不断变化，并不断跨越2π角。由于鉴相器特性是以相位差2π为周期的，因此鉴相器输出的误差电压总是在某一范围内摆动。这个误差电压通过环路滤波器变成控制电压加到压控振荡器上，使压控振荡器的频率f0趋向于参考信号的频率fi，直到压控振荡器的频率变化到与输入参考信号的频率相等，并满足一定条件，环路就在这个频率上稳定下来。两个频率之间的相位差不随时间变化而是一个恒定的常数，这时环路就进入“锁定”状态。 当环路已处于锁定状态时，如果输入参考信号的频率和相位发生变化，通过环路的控制作用，压控振荡器的频率和相位能不断跟踪输入参考信号频率的变化而变化，使环路重新进入锁定状态，这种动态过程称为环路的“跟踪”过程。而环路不处于锁定和跟踪状态，这个动态过程称为“失锁”过程。 1.2 锁相环频率合成器工作原理 锁相环路总是有可编程分频器加在压控振荡器VCO和鉴相器PD之间。在锁相环路中加入可编程分频器可以起到两个很关键的作用：首先是不改变输入参考频率就可以改变压控振荡器VCO的输出频率，为实际应用提供了方便；其次是提高输出频率的分辨率和降低鉴相器的参考频率，进一步提高输出频率的精确度和稳定度。 但是，在目前的技术条件下，可编程分频器的最高工作频率约30MHz。而调频广播频段为87～108MHz，显然，工作频率太高而不能直接使用可编程分频器。在这种情况下，通常在可编程分频器前端加入一个前置固定分频模数为M的ECL分频器，如图2所示。ECL固定分频器的工作频率可高达几GHz。当环路锁定时，这种频率合成器的输出频率为fo=N（Mfi）式中，M是固定的，N是可变的（可编程的），fi是输入参考信号的频率，频率的间隔为Mfi。 1.3 锁相环的性能指标