文档介绍：锁相技术课程论文
学院: 电子与信息工程
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二OO九年十二月
锁相环频率合成器
南京信息工程大学电子信息工程专业 07(2)班张娟娟 20071305078
摘要:本文系统地阐述了锁相环频率合成器的基本工作原理,较深入地分析了锁相环路的组成和工作过程,仔细设计了原理图。为了改善环路的捕获性能,进一步抑制鉴相器输出电压中的载频分量和高频噪声,降低由VCO控制电压的不纯而引起的寄生输出以及其他各种杂散噪声,对环路滤波器进行了重点设计,合理选择和计算了环路的参数,进而使得集成锁相环频率合成电路的功能得到了充分发挥,最后对设计进行了分析总结。
关键词:锁相环;频率合成;VCO;环路滤波
:随着现代电子技术的发展,具有高稳定性和准确度的频率源已经成通信、雷达、仪器仪表、高速计算机及导航系统的主要组成部分。高性能的频率源可通过频率合成技术获得。随着大规模集成电路的发展,锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。随着集成电路制造工艺和无线通信技术的迅速发展,实现全集成、多制式、低成本的无线收发器已成必然趋势。频率合成器作为无线收发器中的核心单元电路,是决定收发器性能好坏的关键因素,也是实现全集成无线收发器的主要难点。
1. 锁相环频率合成器的原理
锁相环原理
锁相环(PLL)是构成频率合成器的核心部件。主要由相位比较器(PD)、压控振荡器(VCO)、环路滤波器(LP)和参考频率源组成。
锁相环是一种利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号反馈控制电路。他的被控制量是相位,被控对象是压控振荡器。如图1所示,如果锁相环路中压控振荡器的输出信号频率发生变化,则输入到相位比较器的信号相位θv(t)和θR(t)必然会不同,使相位比较器输出一个与相位误差成比例的误差电压Vd(t),经环路滤波器输出一个缓慢变化的直流电压Vc(t),来控制压控振荡器输出信号的相位,使输入和输出相位差减小,直到两信号之间的相位差等于常数。此时,压控振荡器的输出信号频率和输入信号频率相等,且环路处于锁定状态。
锁相环频率合成器原理
如图2所示,锁相环频率合成器是由参考频率源、参考分频器、相位比较器、环路滤波器、压控振荡器、可变分频器构成。参考分频器对参考频率源进行分频,输出信号作为相位比较器参考信号。
可变分频器对压控振荡器的输出信号进行分频,分频之后返回到相位比较器输入端与参考信号进行比较。当环路处于锁定时有f1=f2,因为f1=fr/M,f2=fo/N,所以有fo=Nfr/M。只要改变可变分频器的分频系数N,就可以输出不同频率的信号。
2 基于CD4046的锁相环频率合成器的设计
集成锁相环CD4046介绍
单片集成锁相环CD4046采用CMOS电路工艺,特点是电源电压范围宽(3~18 V),输入阻抗高(约100 MΩ),动态功耗小。在电源电压VDD=15 MHz,常用在中、低频段。CD4046内部集成了相位比较器Ⅰ、相位比较器Ⅱ、压控振荡器以及线性放大器、源跟随器、整形电路等。
相位比较器Ⅰ采用异或门结构,使用时要求输入信号占空比为50%。当两路输入信号的高