文档介绍：引言
频率合成器是现代无线通信设备中一个重要的组成部分,直接影响着无线通信设备的性能。频率合成技术历经了早期的直接合成技术(DS)和锁相合成技术(PLL),发展到如今的直接数字合成技术(DDS)。直接数字合成技术具有分辨率高,转换速度快,相位噪声低等优点,在无线通信中发挥着越来越重要的作用。随着大规模集成电路的发展,利用锁相环频率合成技术研制出了很多频率合成集成电路。频率合成器是电子系统的心脏,是决定电子系统性能的关键设备,随着通信、数字电视、卫星定位、航空航天、雷达和电子对抗等技术的发展,对频率合成器提出了越来越高的要求。频率合成技术是将一个或多个高稳定、高精确度的标准频率经过一定变换,产生同样高稳定度和精确度的大量离散频率的技术。频率合成理论自20世纪30年代提出以来,已取得了迅速的发展,逐渐形成了目前的4种技术:直接频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字式频率合成技术和混合式频率合成技术。
本文将对频率合成器,锁相环等做个概述,电路中用到的芯片及基于HC4046锁相环频率合成器的设计与制作、调试等几方面也进行了阐述。

1 频率合成器简介
频率合成器是用高精度晶体振荡器作为基准,通过合成技术能产生一系列具有一定频率间隔的高清度频率源,分直接合成和锁相环合成两种。
频率合成器及其技术指标
1. 频率范围
     频率范围是指频率合成器输出的最低频率fomin和最高频率fomax之间的变化范围,也可用覆盖系数k=fomax/fomin表示(k又称之为波段系数)。如果覆盖系数k>2~3时,整个频段可以划分为几个分波段。在频率合成器中,分波段的覆盖系数一般取决于压控振荡器的特性。
    (频率分辨率)
频率合成器的输出是不连续的。两个相邻频率之间的最小间隔,就是频率间隔。频率间隔又称为频率分辨率。不同用途的频率合成器,对频率间隔的要求是不相同的。对短波单边带通信来说,现在多取频率间隔为100Hz,有的甚至取10Hz、。对超短波通信来说,频率间隔多取50kHz、25kHz等。在一些测量仪器中,其频率间隔可达兆赫兹量级。
    
频率转换时间是指频率合成器从某一个频率转换到另一个频率,并达到稳定所需要的时间。它与采用的频率合成方法有密切的关系。
    
频率准确度是指频率合成器工作频率偏离规定频率的数值,即频率误差。而频率稳定度是指在规定的时间间隔内,频率合成器频率偏离规定频率相对变化的大小。
    
影响频率合成器频谱纯度的因素主要有两个,一是相位噪声,二是寄生干扰。相位噪声是瞬间频率稳定度的频域表示,在频谱上呈现为主谱两边的连续噪声,如图1-1
图1-1
频率合成器的类型

直接频率合成是由Finden首先提出来的合成方法,它利用混频器、倍频器、分频器和带通滤波器完成加、减、乘、除等数学运算,从而实现频率合成,产生我们需要的大量离散频率。
直接频率合成器能实现快速频率变换、几乎任意高的频率分辨力、低相位噪声以及所有方法中的最高的工作频率。但直接频率合成比另外的两种合成方法使用多得多的硬件设备,使频率合成器不仅带来了庞大的体积和重量,而且输出的谐波、噪声及寄生频率都难以抑制。

间接式频率合成器又称为锁相频率合成器。锁相频率合成器是目前应用最广的频率合成器,也是本节主要介绍的内容。
直接式频率合成器中所固有的那些缺点,如体积大、成本高、输出端出现寄生频率等,在锁相频率合成器中就大大减少了。基本的锁相频率合成器如图2所示。当锁相环锁定后,相位检波器两输入端的频率是相同的,即
图1-2-2(a):基本锁相环频率合成器
VCO输出频率f0经分频得到:
所以输出频率是参考频率fr的整数倍:
转换时间取决于锁相环的非线性性能,精确的表达式目前还难以到处,工程上常用的经验公式为:
  固定分频器的工作频率明显高于可变分频比,超高速器件的上限频率可达千兆赫兹以上。若在可变分频器之前串接一固定分频器的前置分频器,则可大大提高VCO的工作频率,如图1-2-2(b)所示。前置分频器的分频比为M,则可得:
图1-2-2(b):有前置分频器的锁相频率合成器
图1-2-2(c):下变锁相频率合成器
混频后用低通滤波器取出差频分量,分频其输出频率为:
(DDS)
直接数字式频率合成器是近年来发展非常迅速的一种器件,它采用全数字技术,具有分辨率高、频率转换时间短、相位噪声低等特点,并具有很强的调制功能和其它功能。当最低有效位为1加到相位累加器时,产生最低的频率,在时钟fc