《电子测量》课程设计报告-锁相信号发生器设计.doc

《电子测量》课程设计报告 课题： 锁相信号发生器设计 班级 电子3072 学号 学生姓名 专业 电子信息工程 系别 电子信息工程系 指导教师 电子测量课程设计指导小组 淮阴工学院 电子信息工程系 2010年6月 1 设计目的 a) 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生 产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 b) 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等 知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制 作和自行调试。 c) 进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、 测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿 真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 d) 培养学生的创新能力。 2 设计要求 1.说明电路的工作原理； 2.主要单元电路和元器件参数计算、选择、使用方法及功能； 3.画出总体电路图； 4.上交完整的实习报告。 3 总体设计 3.1 设计总框图 十进制同步加/减计数器 图1 锁相信号发生器原理框图 VCO输出频率fo经N分频得到 所以输出频率是参考频率fr的整数倍,即 3.2 设计总电路图 图2 整体电路图 3.3 设计设备与器材 原件 数量 4046芯片 1件 74HC191芯片 1件 100K电阻 1件 1M电阻 1件 2.2u电容 1件 1000p电容 1件 100K电位器 1件 万能板 1件 焊锡、导线 若干根 4 单元电路设计 4.1 CD4046锁相环电路 4.1.1 CD4046基本原理 CD4046是一款集成锁相环芯片，是通用的CMOS锁相环集成电路，包含鉴相器、压控振荡器2部分，使用时需外接低通滤波器(图2)形成完整的锁相环。其内部设有1个6.2 V的齐纳稳压管，在需要时作为辅助电源。此芯片特点是：电源电压范围宽(3 V～18 V)、输入阻抗高(约100 MΩ)、动态功耗小，在中心频率f0为10 kHz下功耗仅为600 μW，属微功耗器件。 锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。锁相环主要由相位比较器（PC）、压控振荡器（VCO）。低通滤波器三部分组成，如图3所示。 图3 CD4046原理框图 压控振荡器的输出Uo接至相位比较器的一个输入端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压Ud大小决定。施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号Ui与来自压控振荡器的输出信号Uo相比较，比较结果产生的误差输出电压UΨ正比于Ui和Uo两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压Ud。这个平均值电压Ud朝着减小VCO输出频率和输入频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定（即同步）称作相位锁定。 当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能力，VCO可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化，如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VCO锁定在这个频率上。锁相环应用非常灵活，如果输入信号频率f1不等于VCO输出信号频率f2，而要求两者保持一定的关系，例如比例关系或差值关系，则可以在外部加入一个运算器，以满足不同工作的需要。 过去的锁相环多采用分立元件和模拟电路构成，现在常使用集成电路的锁相环，CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽（为3V－18V），输入阻抗高(约100MΩ)，动态功耗小，在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW，属微功耗器件。 设参考信号 式中 ur为参考信号的幅度 ωr为参考信号的载波角频率 θr(t)为参考信号以其载波相位ωrt为参考时的瞬时相位 若参考信号是未调载波时，则θr(t)= θ1=常数。 设输出信号为