频率合成器设计..doc

摘要
频率合成器是利用一个或多个标准信号,通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。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,建立其相位模型以及动态方程,并且对环路滤波器和各组成部分进行了详细的分析。在此基础上,针对CD4046系统的技术特点,以集成数字锁相芯片为核心精心设计了频率合成电路,构成了多频点输出频率合成器。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,为CD4046系统提供了良好的本振源。
关键词:频率合成器锁相环路 CD4046
目录
引言 1
第一章频率合成基本原理 2
频率合成的概念 2
频率合成器的主要技术指标 2
锁相频率合成器 3
第二章锁相环路的基本工作原理和CD4046的介绍 4
锁相环路的工作原理 4
锁相环路各组成部分的作用 4
数字式锁相环路CD4046 5
CD4046的介绍 6
CD4046工作原理 7
CD4046典型应用电路 7
第三章频率合成器的设计与制作 9
实验的设计指标和要求 9
设计步骤 9
设计电路图 10
电路板制作 10
总结 12
参考文献 13

引言
频率合成是以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率,由此导出多个或大量的输出频率,这些输出频率的准确度与稳定度与参考频率是一致的。频率合成在通信、雷达、测控、仪器仪表等电子系统中有广泛的应用,
频率合成器有直接式频率合成器、直接数字式频率合成器及锁相频率合成器三种基本模式。前两种属于开环系统,具有频率转换时间短,分辨率较高等优点。而锁相频率合成器是一种闭环系统,其频率转换时间和分辨率均不如前两种好,但其结构简单,成本低,并且输出频率的准确度不亚于前两种,因此本文采用基于锁相环(PLL)技术的锁相频率合成。
PLL的好处包括:
(1)易于集成到IC中。
(2)无线信道间隔中的灵活性。
(3)可获得高性能。
(4)频率合成器外形尺寸较小。
第一章频率合成基本原理
频率合成的概念
频率合成是指由一个或多个频率稳定度和精确度很高的参考信号源通过频率域的线性运算,产生具有同样稳定度和精确度的大量离散频率的过程。实现频率合成的电路叫频率合成器,频率合成器是现代电子系统的重要组成部分。在通信、雷达和导航等设备中,频率合成器既是发射机频率的激励信号源,又是接收机的本地振荡器;在电子对抗设备中,它可以作为干扰信号放生器;在测试设备中,可作为标准信号源,因此频率合成器被人们称为许多电子系统的“心脏”。
早期的频率合成是用多晶体直接合成,以后发展成用一个高稳定参考源来合成多个频率。20世纪50年代出现了间接频率合成技术。但在使用频段上,直到50年代中期仍局限于短波范围。60年代中期,带有可变分频的数字锁相式频率合成器问世。60年代后期,全晶体管化的微波频率合成技术已应用于通信设备。随着大规模集成电路的发展,新的全数字化的频率合成技术得以实现。80年代频率合成技术进入毫米波范围。频率合成技术广泛用于通信、导航、雷达和测量等设备中。测量设备采用频率合成技术能提高测量精度,并易于与微处理机相结合,实现测量的自动化。
实际的频率合成设备通常采用以下三种技术:
1、直接频率合成,即DDS技术。优点是响应快,缺点是成本高,且不能做到任意频率的合成,主要用于军事通信。
2、锁相环频率合成技术,即PLL。优点是成本低,可合成任意频率,缺点是响应慢,主要用于民用设备。
3、DDS+PLL技术。结合上述两者优点,主要用在专业领域。在本文中我们主要采用锁相环频率合成技术。
频率合成器的主要技术指标
在以下的性能指标中,转换时间在收发信机设计中将很大的程度上影响通信传输的有效性指标。每一次发送接收的改变,都要经历一次频率合成的跟踪锁定过程。频率合成器的性能需要一系列指标来表征,一般以下述基本指标衡量其优劣:频率范围、频率分辨力、频率转换时间、频率准确度和稳定度、频谱纯度、系列化、标准化及模块化的可实现性、成本、体积及质量。
(1)频率范围:指频率合成器输出频率最高和最低之间的频段宽度。一般来说,频率范围决定于压控振荡器的频率范围。
(2)频率间隔:指频率合成器2个相邻输出频率点之间的间隔,频率范围和频率间隔共同决定了信道数量。
(3)转换时间:指频率值发生改变时完成转换并达到锁定所需的时间
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