锁相技术第七章　锁相频率合成.ppt

　　　　　　第一节　概　　述　　频率合成器是将一个高精确度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等对它进行加、减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样精确度和稳定度的频率源。现代电子技术中常常要求高精确度和高稳定度的频率，一般都用晶体振荡器。但是，晶体振荡器的频率是单一的，只能在极小的范围内微调。然而，许多无线电设备都要求在一个很宽的频率范围内提供大量稳定的频率点。 　　频率合成的方法主要有三种。最早的方法是直接频率合成，它利用混频器、倍频器、分频器和带通滤波器来完成对频率的四则运算。典型的一种直接合成模块为双混频-分频模块，如图7-1所示。 图7-1　双混频-分频模块 　　模块输入为固定的频率fi和离散的频率f*，输出即为所需的fi+f*／10。图中f1和f2为辅助频率，其作用是使得混频器输出的和频与差频间隔加大，以便带通滤波器将不需要的差频成分滤除。f1和f2的选取应满足　　　　　　 　　　fi+f1+f2=10fi的关系式。例如fi=1 MHz，f1=3 MHz，f2=6 MHz即可。只要f*为具有一定增量的10个频率中的1个，那么用多个这样的模块串接，很容易构成所需分辨力的直接频率合成器。 　　应用锁相环路的频率合成方法称为间接合成。它是目前应用最为广泛的一种频率合成方法。锁相频率合成的基本框图如图7-2。 图7-2　锁相频率合成的基本框图 　　在环路锁定时，鉴相器两输入信号的频率相同，即　　　　　　　　　　　　fr=fd　　　　　　　　　　　　　　　 　(7-1)fd是VCO输出频率fo经N次分频后得到的，即 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(7-2)所以输出频率 fo=Nfr (7-3)是参考频率fr的整数倍。 　　虽然转换时间的精确公式还难于导出，工程上可用经验公式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(7-4) 　　　　 第二节　变模分频合成器一、基本原理　　如图7-2所示的基本锁相频率合成器中，VCO输出频率直接加到可编程分频器上。各种工艺的可编程分频器都有一定的上限频率, 这就限制了这种合成器的最高工作频率。解决这个问题的办法之一是在可编程分频器的前端加一个固定模数V的前置分频器，如图 7-3 所示。 图7-3　用前置分频的PLL合成器 　　ECL或CaAs的固定模数分频器可工作到1 GHz以上，这就大大提高了合成器的工作频率。采用前置分频之后，合成器的输出频率为 fo=N(Vfr)　　 (7-5)工作频率是提高了，但输出频率只能以增量Vfr变化。为了获得与未加前置分频器时同样的分辨力，参考频率必须降为fr／V，这就使频率转换时间延长到原来的V倍，这是十分不利的。 　　在不改变频率分辨力的同时提高合成器输出频率的有效方法之一就是采用变模分频器(也称吞脉冲技术)。变模分频器的工作速度虽不如固定模数的前置分频器那么快，但比可编程分频器要快得多。图7-4为采用双模分频器的锁相频率合成器框图。 图7-4　双模分频PLL合成器 　　在这一个完整的周期中，输入的周期数为　　　　　　　D=(V+1)N2+(N1-N2)V　　　　　　 =VN1+N2　　　　　　　　　　　 　(7-6)若V=10，则 D=10N1+N2 (7-7) 　　其它的双模分频比，例如5／6、6／7、8／9，以及100／101也是常用的。若用100／101的双模分频器，那么V=100　　　　　　　　　D=100N1+N2　　　　　　　　　　　　　　(7-8)若选择N2=0～99，N1=100～199，则可得到D=10 000～19 999。 二、集成芯片说明　　1. 中规模(MSI)集成频率合成器　　在这种类型的集成频率合成器中，最典型的例子是MC145100系列中的MC145104／06／07／09／12／43／等几个产品，它们都是CMOS、MSI电路(不包括VCO)。图7-5示出了MC145106的方框图(其它产品大同小异)，电路包含有参考振荡器或放