1、第第6章章 频率合成频率合成 6.1 基本概念基本概念 6.2 频率合成的基本方法频率合成的基本方法6.3 锁相环基本原理锁相环基本原理6.4 锁相环典型产品锁相环典型产品6.5 锁相频率合成器锁相频率合成器6.6 直接数字频率合成器直接数字频率合成器6.1 基本概念基本概念 频率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标1工作频率范围工作频率范围 指频率合成器输出的指频率合成器输出的最低频率最低频率fomin和和最高频率最高频率fomax之间的变化范围之间的变化范围频率合成技术即利用一个高稳定度的标准（或参考）频率合成技术即利用一个高稳定度的标准（或参考）频率源（如晶振）合成出大量具有相同
2、性能的离散频率源（如晶振）合成出大量具有相同性能的离散频率。频率。2、频率间隔（频率分辨率）、频率间隔（频率分辨率）指两个相邻频率（或信道）之间的最小间隔，又指两个相邻频率（或信道）之间的最小间隔，又称为称为分辨率分辨率或频道步进间隔。不同用途的频率合或频道步进间隔。不同用途的频率合成器，对频率间隔的要求是不相同的。成器，对频率间隔的要求是不相同的。3、频率转换时间（越小越好）、频率转换时间（越小越好）指频率合成器从某一个频率转换到另一个频率，并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。与频率合成电路形式有关，达到稳定所需要的时间。与频率合成电路形式有关，约为参考信号周
3、期的约为参考信号周期的25倍，即倍，即ts=25/fr 4 4、频率稳定度与准确度、频率稳定度与准确度频率稳定度：频率稳定度：规定时间内频率合成器输出频率偏离规定时间内频率合成器输出频率偏离标称值的程度。标称值的程度。频率准确度：频率准确度：实际工作频率与其标称值之间的偏差。实际工作频率与其标称值之间的偏差。频率合成器的频稳度取决于参考频率的频稳度。频率合成器的频稳度取决于参考频率的频稳度。5 5、频谱纯度、频谱纯度 指频率合成器输出信号接近正弦波的程度指频率合成器输出信号接近正弦波的程度6.2 6.2 频率合成的基本方法频率合成的基本方法直接频率合成法直接频率合成法 采用一个采用一个M和和N
4、均可改变的倍频器与分频器以及相均可改变的倍频器与分频器以及相应的混频器组成。产生频率间隔为应的混频器组成。产生频率间隔为fr/N的的M个离散个离散频率。频率。倍频器倍频器M分频器分频器N混频器混频器+qfrfoqrMfffN 锁相频率合成法（单环）锁相频率合成法（单环）当环路锁锁定时，当环路锁锁定时，PD的二个输入频率相等，即的二个输入频率相等，即fd=fr 改变改变N值，可输出一系列频率，其最小间隔为值，可输出一系列频率，其最小间隔为fr显然，频率合成器的分辨率为参考频率显然，频率合成器的分辨率为参考频率frfr环路滤波器LF压控振荡器(VCO)VBfoVC相位检波器(PD)Nfdf0 Nf
5、rodffNofNf单环锁相频率合成器存在的问题：单环锁相频率合成器存在的问题：1、不能满足现代通信系统中高的频率分辨率与低、不能满足现代通信系统中高的频率分辨率与低 的转换时间的要求。的转换时间的要求。2、不能满足宽的输出频率覆盖范围和高的频率分、不能满足宽的输出频率覆盖范围和高的频率分 辨率的要求。辨率的要求。因此，单环锁相频率合成器中，提高频率分因此，单环锁相频率合成器中，提高频率分 辨率和环路性能是矛盾的。辨率和环路性能是矛盾的。直接数字频率合成器直接数字频率合成器DDS 直接数字式频率合成器将先进的数字处理理论与直接数字式频率合成器将先进的数字处理理论与方法引入频率合成的一项新技术。
6、方法引入频率合成的一项新技术。将正弦波的将正弦波的M个样品储存在高速存储器中，以查表个样品储存在高速存储器中，以查表的方式按均匀的速率将样品输入到高速的方式按均匀的速率将样品输入到高速 D/A转换器，转换器，变换成所设定频率的正弦波信号。变换成所设定频率的正弦波信号。相位累加器NCOROMDACLF频率控制字KfcDDS的组成框图的组成框图锁相与锁相与DDS频率合成法的特点：频率合成法的特点：锁相频率锁相频率合成法：合成法：成本低，控制灵敏，切换方便，波成本低，控制灵敏，切换方便，波段覆盖范围宽，可广泛应用。但是段覆盖范围宽，可广泛应用。但是换频时间长，分辨率低。换频时间长，分辨率低。DDS合
7、成法：合成法：分辨率高，控制频率切换方便，换分辨率高，控制频率切换方便，换频速度快。但是输频速度快。但是输 出频率低，输出频率低，输出噪声高，且依赖于高速集成电路出噪声高，且依赖于高速集成电路的发展。的发展。6.3 锁相环基本原理锁相环基本原理1、工作原理、工作原理 锁相环锁相环PLL是一个相位反馈控制系统。它由是一个相位反馈控制系统。它由鉴相器鉴相器PD(Phase Detector)、环路滤波器、环路滤波器LF(Loop Filter)和压控振荡器和压控振荡器VCO(Voltage Controlled Oscillator)三个基本部件组成。三个基本部件组成。参 考 信 号PDur(t)
8、LFud(t)VCOuc(t)uo(t)输 出 信 号PLL与频率反馈系统（与频率反馈系统（AFC）的区别）的区别PLL利用相位误差信号控制利用相位误差信号控制VCO的频率，使输出的频率，使输出信号的相位锁定或跟踪输入信号的相位变化。信号的相位锁定或跟踪输入信号的相位变化。锁相环：锁相环：锁定时，相位差尽可能小。锁定时，相位差尽可能小。AFC：输出信号跟踪输入信号频率变化，控制结输出信号跟踪输入信号频率变化，控制结 果使二信号之间的频率差尽可能小。果使二信号之间的频率差尽可能小。因此，只要有频差，就存在无限增长的相位差，因此，只要有频差，就存在无限增长的相位差，而在相位差固定时，频差则为零。而
9、在相位差固定时，频差则为零。显然，显然，PLL优于优于AFC 设输入参考信号为：设输入参考信号为：()sin()rrrru tUtt输出信号为：输出信号为：()cos()oooou tUtt两信号之间的瞬时相差为：两信号之间的瞬时相差为：0000()()()()()crrrrtttttt输入初始相位为常数，两信号之间的瞬时频差为：输入初始相位为常数，两信号之间的瞬时频差为：00()()erdtdtdtdt锁定后，两信号之间的相位差为一固定的稳态值，锁定后，两信号之间的相位差为一固定的稳态值，称为剩余相差。即：称为剩余相差。即：剩余相差为常数是相位锁定的标志剩余相差为常数是相位锁定的标志()li
10、m0etdtdt 则，输出信号的频率已偏离了原来的自由振荡频率则，输出信号的频率已偏离了原来的自由振荡频率0(控制电压控制电压uc(t)=0时的频率时的频率),其偏移量为：其偏移量为：00()rdtdt这时输出信号的工作频率等于输入频率，为：这时输出信号的工作频率等于输入频率，为：00()()ccrddtttdtdt2、PLL的相位模型和环路方程的相位模型和环路方程鉴相器输出电压与输入相位差可以是余弦、正弦或鉴相器输出电压与输入相位差可以是余弦、正弦或线性的关系。线性的关系。PD的数学模型（正弦特性时）：的数学模型（正弦特性时）：1(t)2(t)e(t)Udsin()Udsine(t)1(t)
11、e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)1(t)e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)2 23 220322e(t)Ud(t)正弦鉴相器的鉴相特性正弦鉴相器的鉴相特性F(p)uc(t)ud(t)(a)F(s)uc(s)ud(s)(b)环路滤波器：滤除环路滤波器：滤除PD输出误差电压输出误差电压Ud（t）的高）的高 频成分和噪声，增加系统的稳定性频成分和噪声，增加系统的稳定性(a)时域模型时域模型 (b)频域模型频域模型环路滤波器一般是低通电路，由线性元件组成环路滤波器一般是低通电路，由线性元件组成压控振荡器特性：压控振荡器特性：VCO是振荡是振荡频率受控制电压频率受控制电压Uc（t）控制
12、的振）控制的振荡器。即：荡器。即：Ko是特性曲线斜率，表示单位控制是特性曲线斜率，表示单位控制电压可使电压可使VCO角频率变化的数值，角频率变化的数值，又称为压控灵敏度或增益系数，单又称为压控灵敏度或增益系数，单位为位为rad/Vs。由于由于VCO的输出对鉴相器起作用的的输出对鉴相器起作用的不是瞬时角频率而是它的瞬时相位不是瞬时角频率而是它的瞬时相位,即：即：pK0uc(t)2(t)(a)sK0uc(s)2(s)(b)0()()vdctkut0()()vdctk u t0()()vdctk u t00()()vctk ut0000()()ttvct dttku t dtVCO的输出相位：的输出
13、相位：可见，可见，VCO在锁相环路中起了一次理想积分在锁相环路中起了一次理想积分作用，也称它为环路中的固有积分环节。作用，也称它为环路中的固有积分环节。用微分算子表示的数学模型为：用微分算子表示的数学模型为：pK0uc(t)2(t)(a)sK0uc(s)2(s)(b)200()()tctkut dt环路的相位模型和方程环路的相位模型和方程PLL的数学模型：的数学模型：PLL环路方程：环路方程：S +KdKoF(s)Sin =S即：瞬时角频差控制角频差输入固有角频差即：瞬时角频差控制角频差输入固有角频差1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)1(s)e(s)KsK2(
14、s)F(s)2(s)1(s)e(s)KsK2(s)F(s)2(s)1(t)e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)1(t)e(t)Udsinud(t)F(p)uc(t)pK02(t)瞬时角频差：瞬时角频差：瞬时相差随时间变化率。表示瞬时相差随时间变化率。表示VCO振荡角频率偏离输入信号角频率的数振荡角频率偏离输入信号角频率的数值。值。控制角频差：控制角频差：表示表示VCO在控制电压在控制电压Uc（t）作用下，产生的振荡角频率偏离作用下，产生的振荡角频率偏离W
15、o的数值。的数值。输入固有角频差：输入固有角频差：输入信号相位随时间的变输入信号相位随时间的变化率。表示输入信号角频率偏离化率。表示输入信号角频率偏离VCO的的Wo 的数值。的数值。PLL相位锁定的矢量分析相位锁定的矢量分析环路的输入及输出信号用矢量分别表示为环路的输入及输出信号用矢量分别表示为 Uo和和Ui，它们分别以它们分别以 和和 i速度绕速度绕O点反时针旋转。点反时针旋转。若环路闭合前，若环路闭合前，i ，则，则Ui比比Uo旋转快旋转快存在相位差存在相位差 ,且是时间的增长函数。且是时间的增长函数。环路闭合后，此相位差电压将对环路闭合后，此相位差电压将对VCO的频率加以控制，使的频率加
16、以控制，使Uo的旋的旋转速度加快，以赶上输入矢量的旋转。转速度加快，以赶上输入矢量的旋转。0()()vdctk u t0()()vdctk u t0()()vdctk u t0()()vdctk u t0()()vdctk u t00()sin()()edeptK Ut F p UiUo 当二个矢量达到等速旋转时，二个频率相当二个矢量达到等速旋转时，二个频率相等，则相位误差的变化必满足：等，则相位误差的变化必满足：d /dt=0 或或 2n0 这是这是相位锁定相位锁定的数学含义的数学含义此时此时 为常数，一般用为常数，一般用 或或 表示表示称称剩余相差剩余相差或或稳态相差稳态相差。若不满足以上
17、关系式，称环路处于若不满足以上关系式，称环路处于失锁失锁状状态态。00()sin()()edeptK Ut F p lim()0etpt00()sin()()edeptK Ut F p 0000sin()(0)vderK UF j 0000sin()(0)vderK UF j 0000s i n()(0)vderKUFj0000sin()(0)vderK UF j PLL的捕捉与同步（跟踪）概念的捕捉与同步（跟踪）概念锁定是在由稳态相差锁定是在由稳态相差e()产生的直流控制电压作产生的直流控制电压作用下，强制使用下，强制使VCO的振荡角频率的振荡角频率v相对于相对于0偏移偏移了了0而与参考角频
18、率而与参考角频率r相等的结果。相等的结果。（1）捕捉过程）捕捉过程设起始设起始 tto时，是失锁的，从时，是失锁的，从to时刻开始，到时刻开始，到ta 时时刻，满足工程上允许的频差或相差，就可认为锁定刻，满足工程上允许的频差或相差，就可认为锁定由由to到到ta的相位调节过程是环路的捕捉过程的相位调节过程是环路的捕捉过程。评价捕捉过程的性能指标评价捕捉过程的性能指标环路的捕捉时间：环路的捕捉时间：Tp=ta-toTp与环路初始状态及环路自身的调节能力有关与环路初始状态及环路自身的调节能力有关捕捉带：捕捉带：是环路能获得锁定的最大固有（起始）频差是环路能获得锁定的最大固有（起始）频差当起始固有频差
19、大于捕捉带时，环路不可能进入锁当起始固有频差大于捕捉带时，环路不可能进入锁定。即输入频率与定。即输入频率与VCO的的Wo之间相差太大，超出之间相差太大，超出捕捉带范围，环路就失锁。捕捉带范围，环路就失锁。0maxp 0maxp（2）同步过程）同步过程设起始设起始t K0时，时，无解。所以，能维持环路锁定所允无解。所以，能维持环路锁定所允 许的最大许的最大WoK0，即：即：WHK0，且，且Wo固定固定 时，环路增益越大，捕捉时间越短，同步带越大。时，环路增益越大，捕捉时间越短，同步带越大。0000sin()(0)vderK UF j 0000sin()(0)vderKUF j0000sin()(
20、0)vderKUF j 理想鉴相器的输出电压与二个输入信号的相位差成正比。理想鉴相器的输出电压与二个输入信号的相位差成正比。模拟鉴相器：模拟鉴相器：输入可以是各种模拟信号，适用于模拟锁相输入可以是各种模拟信号，适用于模拟锁相 环。较多用于锁相解调。环。较多用于锁相解调。数字鉴相器：数字鉴相器：输入必须是数字信号，适用于数字锁相环，输入必须是数字信号，适用于数字锁相环，鉴鉴 相灵敏度比模拟相灵敏度比模拟 PD高。较多用于频率合成器。高。较多用于频率合成器。（1）模拟鉴相器：）模拟鉴相器：由模拟乘法器和低通电路构成。如图所示：由模拟乘法器和低通电路构成。如图所示：ui(t)uo(t)LPFud(t
21、)鉴相器（鉴相器（PD）PLL各部分电路各部分电路 设鉴相器输入信号设鉴相器输入信号ui就是参考信号就是参考信号ur，VCO的输出信号频的输出信号频率为率为0 则：则：uo(t)=Uocos0t+2(t)ur(t)=Urcosrt+1(t)将将uo(t)与与ur(t)相乘，环路锁定（相乘，环路锁定（r=0）时可得：）时可得：u(t)=（1/2)KUoUrcos(1(t)2(t)+cos(20t+1(t)+2(t)经低通滤波器滤除经低通滤波器滤除20分量，可得分量，可得 ud(t)=KdF(0)cos1(t)-2(t)=KdF(0)cose(t)显然，显然，模拟鉴相器是余弦鉴相特性模拟鉴相器是余
22、弦鉴相特性（P132图图6.10）（2）数字鉴相器）数字鉴相器常用异或门、常用异或门、R-S触发器及边沿触发等组成触发器及边沿触发等组成数字鉴相器。数字鉴相器。教材教材P133图图6.11的数字鉴相器的数字鉴相器环路滤波器环路滤波器(LF)环路滤波器是一个线性低通滤波器环路滤波器是一个线性低通滤波器,用来滤除误差电压用来滤除误差电压ud(t)中的高频分量和噪声，它对环路性能（捕捉范围、锁定时间中的高频分量和噪声，它对环路性能（捕捉范围、锁定时间等）有较大影响。环路滤波器的常用形式：等）有较大影响。环路滤波器的常用形式：1)RC积分滤波器积分滤波器（P135图图6.16）是结构最简单的低通滤波器
23、。是结构最简单的低通滤波器。2）RC比例积分滤波器比例积分滤波器（P136图图6.17）与与RC积分滤波器相比积分滤波器相比,它附加了一个与电容串联的电阻它附加了一个与电容串联的电阻3）有源比例积分滤波器）有源比例积分滤波器（P137图图6.18）压控振荡器压控振荡器(VCO)压控振荡器是一个电压压控振荡器是一个电压-频率转换电路。频率转换电路。（1）分立元件）分立元件VCO：由变容管控制的三点式振荡器组成。：由变容管控制的三点式振荡器组成。变容二极管：利用二极管反向偏置时，势垒电容随外加电变容二极管：利用二极管反向偏置时，势垒电容随外加电 压变化而变化的一种器件。压变化而变化的一种器件。变容
24、管电容变容管电容Cj为：为：Cj0是偏置为是偏置为0时的电容时的电容外加电压外加电压VD0 VB是势垒电位（一般是势垒电位（一般0.5伏），伏），n是变容指数（由工艺决定）是变容指数（由工艺决定）变容管作为谐振回路电容的一部分（或全部）构成的振荡器变容管作为谐振回路电容的一部分（或全部）构成的振荡器就是就是VCO（P134图图6.13、6.14）0(1)jjDnBCCVV实际变容管实际变容管VCO电路电路变容管体积小，工作频率高，所需控制电压功率小，变容管体积小，工作频率高，所需控制电压功率小，小频偏时非线性失真小，易获得较大的频偏。小频偏时非线性失真小，易获得较大的频偏。但大频偏时，非线性失
25、真大但大频偏时，非线性失真大（2）集成压控振荡器）集成压控振荡器常用的集成常用的集成VCO有：有：LM566、5G8038、XR2206、MC1648等等 LM566：低频压控振荡器（：低频压控振荡器（8脚），用于调频或脚），用于调频或FSK调制。调制。MC1648：可方便地组成：可方便地组成225MHz以内的压控振荡器。以内的压控振荡器。XR2206：可用于：可用于FSK调制。调制。5G 8038：函数发生器，可产生正弦波和非正弦波，频率受电：函数发生器，可产生正弦波和非正弦波，频率受电 压控制。压控制。集成集成VCO频率控制范围宽，压控线性好，但工作频率低，噪频率控制范围宽，压控线性好，但
26、工作频率低，噪声大，在要求高的频率合成器中，大多采用分立元件声大，在要求高的频率合成器中，大多采用分立元件VCO。（3）VCO的主要性能指标：的主要性能指标：A、频率范围：、频率范围：VCO受控可变的最高频率受控可变的最高频率fmax与最低频率与最低频率 fmin之差。之差。B、线性度：实际控制特性相对于理想线性控制的偏移。理、线性度：实际控制特性相对于理想线性控制的偏移。理 想的想的VCO特性应是线性的。特性应是线性的。C、压控灵敏度、压控灵敏度Ko：单位控制电压所产生的频率变化量。：单位控制电压所产生的频率变化量。D、调制带宽：允许控制电压的最大速率。、调制带宽：允许控制电压的最大速率。E
27、、工作电压：、工作电压：VCO的控制电压和工作电压都应在系统所提的控制电压和工作电压都应在系统所提 供的电源电压范围内。供的电源电压范围内。F、噪声：影响频谱纯度。、噪声：影响频谱纯度。6.4 锁相环典型产品锁相环典型产品CD4046（MC14046、F4046、SCL4046等）等）4046是低功耗是低功耗CMOS多功能单片数字锁相环，低通滤波器多功能单片数字锁相环，低通滤波器需外接。需外接。5脚为禁止端：脚为禁止端：“1”：VCO停振停振“0”：PLL工作工作VCO频率由频率由C1、R1、R2（可省）（可省）确定确定R3、C2构成低通滤波构成低通滤波R1输入输入2A1PD1PD2+A2 V
28、CO14162131910346711125815输入输入1C1R2R3C2解调输出解调输出低频锁相环低频锁相环LM565（NE565等）等）最高频率最高频率500KHz，fo=0.3/R1C1，一般，一般R1取取4K。电源电压：电源电压：6V-12VPD放大器放大器VCO123548976VCCIN+INVCO出出R1VccC1VEECF解调输出解调输出基准输出基准输出高频锁相环高频锁相环LM562（NE562、SE562等）等）最高频率：最高频率：30MHZ，16-30V单电源供电，外接元件少单电源供电，外接元件少121115516 16 14CrCxE0.0113L562289340.1
29、Cc0.1参考输入CB1 k0.10.1CcT216(N)E10.1C010 kVCO输出12 kPD12111#2#152#信号输入反馈2输入1#34VCO 1#输出2#E1614A3A1VCO1310Cr56偏 压参考源限幅器78A2去加重环路滤波器 LF9解调输出 E或地(a)(b)1 k1.5 k1562内部框图内部框图 采用采用562和计数器构成锁相频率合成器和计数器构成锁相频率合成器121115516 16 14CrCxE0.0113L562289340.1Cc0.1参考输入CB1 k0.10.1CcT216(N)E10.1C010 kVCO输出12 kPD12111#2#152#
30、信号输入反馈2输入1#34VCO 1#输出2#E1614A3A1VCO1310Cr56偏 压参考源限幅器78A2去加重环路滤波器 LF9解调输出 E或地(a)(b)1 k1.5 k16.5 锁相频率合成器锁相频率合成器1、可变分频器、可变分频器 锁相频率合成法中，除锁相环外，另一个重要部件是可变分锁相频率合成法中，除锁相环外，另一个重要部件是可变分频器，又称程序分频器，它的分频比可由外接程序编码控频器，又称程序分频器，它的分频比可由外接程序编码控制，在一定的整数范围内变化。制，在一定的整数范围内变化。可变分频器可由计数器构成，如加法、减法计数器。可变分频器可由计数器构成，如加法、减法计数器。常
31、用的计数器芯片有：常用的计数器芯片有：CD4522：十进制计数器：十进制计数器CD4060：14位二进制串行计数器位二进制串行计数器74LS193：4位二进制同步加位二进制同步加/减计数器减计数器74LS390：双：双4位十进制计数器，等等位十进制计数器，等等2.吞脉冲可变分频器吞脉冲可变分频器3.包含双模前置分频器，主、辅计数器及逻辑控制电路，包含双模前置分频器，主、辅计数器及逻辑控制电路，可可4.提高分频器工作速度。提高分频器工作速度。分频比分频比:N（p+1)A+p(M-A)5.M p+Ap/(p+1)辅助计数器辅助计数器A R QS主计数器主计数器M 输入输入输出输出“1”(p+1)“
32、0”(p)“1”计数计数“0”停止计停止计数数例：设前置双模分频器的例：设前置双模分频器的p10，需分频数，需分频数N1584 请预置吞脉冲分频器中主、辅计数器值，并说请预置吞脉冲分频器中主、辅计数器值，并说 明其最小分频数是多少？明其最小分频数是多少？解：预置解：预置A4，M158，则：则：N411（1584）101584 又：又：Amax9（个位），且要求（个位），且要求 MAmax 故：故：MminAmax9，Amin0，所以：，所以：最小分频数：最小分频数：NminMmin10Amin90 吞脉冲可变分频器受最小分频比的限制吞脉冲可变分频器受最小分频比的限制3、upB571双双模模前置
33、分频器前置分频器工作频率可达工作频率可达500MHz500MHz输入灵敏度为输入灵敏度为400mvp-p400mvp-p输出为输出为1.2Vp-p1.2Vp-p 美国美国MotorolaMotorola公司公司MC120MC120系列系列 集成双模分频器见集成双模分频器见P143P143模式模式7脚脚8脚脚64/6500 32/3301 32/3310 16/1711Vcc(+5V)模式模式控制控制upB57112348765信号入信号入VEE1：p 0：p1信信号号出出专用频率合成器专用频率合成器将频率合成器的大部分电路集成在一个芯片上，分将频率合成器的大部分电路集成在一个芯片上，分为中规模
34、和大规模频率合成器。为中规模和大规模频率合成器。1、中规模频率合成器、中规模频率合成器主要产品有：主要产品有：MC145104/106/107/109/112/143等等大多含有参考振荡器或放大器、鉴相器、程序分频器，外接大多含有参考振荡器或放大器、鉴相器、程序分频器，外接环路滤波器和环路滤波器和VCO，就可组成完整的锁相频率合成器。，就可组成完整的锁相频率合成器。MC145143不含分频器，但它的参考分频器可以编程。不含分频器，但它的参考分频器可以编程。2、大规模集成锁相频率合成器、大规模集成锁相频率合成器MC145146大规模集成锁相频率合成器中大多含有参考振荡器、鉴相器大规模集成锁相频率
35、合成器中大多含有参考振荡器、鉴相器及可编程分频器等，与外接双模分频器配合可方便采用吞脉及可编程分频器等，与外接双模分频器配合可方便采用吞脉冲技术冲技术 。主要产品有：主要产品有：并行码输入方式：并行码输入方式：MC145152MC145152（双模）、（双模）、MC145151MC145151（单模）（单模）串行码输入方式：串行码输入方式：MC145155/175MC145155/175（单模）（单模）MC145156/158/159 MC145156/158/159（双模）（双模）4 4位数据总线输入方式：位数据总线输入方式：MC145144/145MC145144/145（单模）（单模）M
36、C145146-1 MC145146-1（双模）（双模）MC145146MC1451461 1是一块是一块2020脚陶瓷或塑料封装的脚陶瓷或塑料封装的,由四位总线输入、由四位总线输入、锁存器选通和地址线编程的大规模单片集成锁相双模频率合锁存器选通和地址线编程的大规模单片集成锁相双模频率合成器成器,片内框图见片内框图见P145P145图图6.246.2478OSCinOSCout12位R计数器2D0D1D2120101110912A2A1A0ST锁存器控制电路锁存器LL2L3L4L5 L6 L710位N计数器fin37位A计数器L0L1锁定检测PDAPDB13515161718fRLDPDout
37、fvVR控制逻辑Mod14VDD:端6VSS:端4D3MC1451461方框方框MC145146-1地址码与锁存器的选通关系地址码与锁存器的选通关系 MC1451461OSCoutfR818fV15LD19失 锁 控 制 信 号用 于 外 部 鉴 相 器(供 选 用)OSCin参考振荡器(或片内振荡器)76VDD4VSSPDoutVRModfinD3D2D1D0A2A1A0ST19 201211 10912到 公 用 控 制 总 线51716143两 种 鉴 相 器误 差 信 号 供 选 择LFMC10154双 F/FMC 120118/9V CO接 收 机 本 振443.325 443.95
38、0 MHz(25 kHz 步 进)发 射 机 调 制与 16.7 MHz频 偏发 射 机 信 号459.025459.650 MHz(25 kHz 步 进)控 制 器 的 片 选 信 号64/65或128/129采用采用MC1451461的的UHF移动无线电话频率合成器移动无线电话频率合成器工作频率为工作频率为450MHzMC1451461OSCoutfR818fV15LD13锁 定 检 测 信 号用 于 外 部 鉴 相 器(供 选 用)OSCin参考振荡器(或片内振荡器)76VDD4VSSPDoutVRModfinD3D2D1D0A2A1A0ST19201211 10912到 公 用 控 制
39、 总 线51716143鉴 相 器 误 差信 号 供 选 择LFMC10154MC120118/9VCO控 制 器 的选 信 号32/3311.100 MHz3接 收 机 第 二 本 振33.300 MHz4接 收 机 第 一 中 频825.030 444.980 MHz(30 kHz 步 进)发射机调制4发 射 机 信 号825.030844.980 MHz(30 kHz 步 进)采用采用MC1451461的的800MHz移动无线电话频率合成器移动无线电话频率合成器 小数分频频率合成器小数分频频率合成器小数分频频率合成技术可较好地解决工作频率和分小数分频频率合成技术可较好地解决工作频率和分辨
40、率之间的矛盾（辨率之间的矛盾（P148150）。）。多环锁相频率合成器多环锁相频率合成器在不降低参考频率的情况下，采用多环锁相频率合在不降低参考频率的情况下，采用多环锁相频率合成可提高输出频率分辨率（成可提高输出频率分辨率（P150151）6.6 直接数字频率合成器（直接数字频率合成器（DDS）DDS的基本合成方式：的基本合成方式：将正弦波连续信号进行相位幅值取样，得到离散的相位幅将正弦波连续信号进行相位幅值取样，得到离散的相位幅值序列，按相位取样地址固化在高速只读存储器中，输入不值序列，按相位取样地址固化在高速只读存储器中，输入不同相位参数就可立即得到对应的正弦波信号。同相位参数就可立即得到
41、对应的正弦波信号。高速只读存储器是高速只读存储器是DDS频率合成的核心单元。频率合成的核心单元。DDS基本框图（基本框图（P152图图6.35）常用的可编程常用的可编程DDS系统（系统（P153图图6.36）DDS频率合成器芯片频率合成器芯片AD9850（P153154）本本 章章 小小 结结1、目前的频率合成方法主要是锁相频率合成及、目前的频率合成方法主要是锁相频率合成及DDS，其主，其主要指标是工作频率范围及分辨率。要指标是工作频率范围及分辨率。2、锁相频率合成法中重要部分是锁相环和可编程分频器。、锁相频率合成法中重要部分是锁相环和可编程分频器。3、提高分频器的分频速度及锁相环中、提高分频
42、器的分频速度及锁相环中VCO的工作频率是提的工作频率是提高频率合成器指标的关键。高频率合成器指标的关键。4、采用吞脉冲技术可提高分频速度，采用双模分频原理可、采用吞脉冲技术可提高分频速度，采用双模分频原理可实现小数分频。实现小数分频。5、频率合成器的主要部件都有相应的集成芯片产品。、频率合成器的主要部件都有相应的集成芯片产品。课堂练习：课堂练习：教材教材P154：6.2、6.4补充题补充题1：锁相环路采用无源比例积分滤波器：锁相环路采用无源比例积分滤波器,F（0）1。已知同步带已知同步带fH10kHz，VCO的的K010kHz/V，试求鉴相灵度。，试求鉴相灵度。补充题补充题2：设小数分频系数设
43、小数分频系数m m22.2522.25，确定其双模，确定其双模 电路的电路的A A值，一个循环周期内分别要进行值，一个循环周期内分别要进行 几次几次A A及及（A A1 1）？）？补充题补充题3：如图所示频率合成器中，参考频率：如图所示频率合成器中，参考频率fr2MHz，分，分 频器频器N1200，N220，N3200300，N450，求：输出频率范围和频率间隔。求：输出频率范围和频率间隔。N2PLL1混频混频(-)N4N1PLL2N3frfo补充题补充题4：某锁相环的正弦鉴相器灵敏度：某锁相环的正弦鉴相器灵敏度 Kd2V/rad，VCO的中心频率为的中心频率为103KHz，灵敏度灵敏度Ko104Hz/V，锁相环输入频率为，锁相环输入频率为 1010KHz，设，设F（S）1，试求：，试求：1）稳态相位误差；）稳态相位误差；2）VCO的直流控制电压；的直流控制电压；3）环路的同步范围。）环路的同步范围。补充题补充题5 5：某数字频率合成器如图，：某数字频率合成器如图，fifi100Hz100Hz，可变分频器的分频比为可变分频器的分频比为10000100002000020000，试求：，试求：该合成器的输出频率范围？合成器输出稳定频该合成器的输出频率范围？合成器输出稳定频率点的数目？合成器的波道间隔（输出频率间率点的数目？合成器的波道间隔（输出频率间隔）？隔）？PLLNfifo
