频率合成课件

1、第6章频率合成 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 第6章频率合成 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

2、标准（或参考） 频率源（如晶振）合成出大量具有相同性能的离散频率源（如晶振）合成出大量具有相同性能的离散 频率。频率。 第6章频率合成 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

3、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， 约为参考信号周期的约为参考信号周期的25倍，即倍，即ts=25/fr 第6章频率合成 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

4、程度 第6章频率合成 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 + q f r f oqr M fff N 第6章频率合成 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

5、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fr fr 环路滤波器 LF 压控振荡器 (VCO) V B foV C相位检波器 (PD) N fd f0 Nfr o d f f N o fNf 第6章频率合成 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

6、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。 第6章频率合成 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。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。 第6章频率合成 相位累加器 NCO ROM DACLF 频

7、率控制字K fc DDS的组成框图的组成框图 第6章频率合成 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。 第6章频率合成 6.3 锁相环基本原理锁相环基本

8、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 PD ur(t) LF ud(t) VCO uc(t)uo(t) 输 出 信 号 第6章频率合成 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

9、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。而在相位差固定时，频差则为零。 显然，显然，PLL优于优于AFC 第6章频率合成 设输入参考信号为：设输入参考信号为： ( )sin( ) rrrr u tUtt 输出信号为：输出信号为：

10、( )cos( ) oooo u tUtt 两信号之间的瞬时相差为：两信号之间的瞬时相差为： 0000 ( )()( )()( ) crrrr tttttt 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： 0 0 ( )( ) e r dtdt dtdt 第6章频率合成 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 ( ) lim0 e t dt dt 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

11、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： 0 0 ( ) r dt dt 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 ( ) ( ) c cr ddt tt dtdt 第6章频率合成 2、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)

12、e(t) K d p K 0 2(t) F(p) 2(t) 1(t) e(t) K d p K 0 2(t) F(p) 2(t) 第6章频率合成 2 2 3 2 2 03 2 2 e(t) Ud(t) 正弦鉴相器的鉴相特性正弦鉴相器的鉴相特性 第6章频率合成 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

13、线性元件组成 第6章频率合成 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： p K 0 u c (t) 2(t) (a) s K 0 u c (s) 2(s) (b) 0

14、 ( )( ) vdc tkut 0 ( )( ) vdc tk u t 0 ( )( ) vdc tk u t 0 0 ( )( ) vc tk ut 0 0 00 ( )( ) tt vc t dttku t dt 第6章频率合成 VCO的输出相位：的输出相位： 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： p K 0 u c(t) 2(t) (a) s K 0 u c(s) 2(s) (b) 20 0 ( )( ) t c tk

15、ut dt 第6章频率合成 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) U dsin ud(t) F(p) uc(t) p K0 2(t) 1(s) e(s) K s K 2(s) F(s) 2(s) 1 (s) e (s) K s K 2 (s) F (s) 2 (s) 1(t) e(t) K d p K 0 2(t) F(p) 2(t) 1(t) e(t) U dsin ud(t) F(p) uc(t

16、) p K 0 2(t) 1(t) e(t) U dsin ud(t) F(p) uc(t) p K 0 2(t) 1(t) e(t) U dsin ud(t) F(p) uc(t) p K 0 2(t) 第6章频率合成 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Wo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

17、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。 第6章频率合成 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，使的频率加以控制，使Uo的旋的旋 转速度加快，以赶上输入矢量的

18、旋转。转速度加快，以赶上输入矢量的旋转。 0 ( )( ) vdc tk u t 0 ( )( ) vdc tk u t 0 ( )( ) vdc tk u t 0 ( )( ) vdc tk u t 0 ( )( ) vdc tk u t 00 ( )sin( ) ( ) ede ptK Ut F p Ui Uo 第6章频率合成 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

19、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( ) ( ) ede ptK Ut F p lim( )0 e t pt 00 ( )sin( ) ( ) ede ptK Ut F p 0000 sin( ) ( 0) vder K UF j 0000 sin( ) ( 0) vder K UF j 0000 s i n()(0 ) vder KUFj 0000 sin( ) ( 0) vder K UF j 第6章频率合成 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

20、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。 第6章频率合成 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=

21、ta-to Tp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。 0 max p 0 max p 第6章频率合成 （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Wo

22、K0， 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。 0000 sin( ) ( 0) vder K UF j 0000 sin ( ) ( 0) vder KUF j 0000 sin ( ) ( 0) vder KUF j 第6章频率合成 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

23、：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) LPF ud(t) 鉴相器（鉴相器（PD） PLL各部分电路各部分电路 第6章频率合成 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u

24、o(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弦鉴相特性（P132图图6.10） 第6章频率合成 （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

25、鉴相器 第6章频率合成 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。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

26、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） 第6章频率合成 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

27、），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) j j D n B C C V V 第6章频率合成 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，非线性失真大但大频偏时，非线性失真大 第6章频率合成 （2）集成压控振荡器）集成压控振荡器 常用的

28、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

29、件声大，在要求高的频率合成器中，大多采用分立元件VCO。 第6章频率合成 （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、工作电压：、工作电压：VCO

30、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。 第6章频率合成 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2 A1 PD

31、1 PD2 + A2 VCO 1416 2 13 1 9 10 3 4 6 7 11 12 5 815 输入输入1 C1 R2 R3 C2 解调输出解调输出 第6章频率合成 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-12V PD放大器放大器 VCO 1 2 3 5 4 89 7 6 VCC IN+ IN VCO出出 R1 Vcc C1 VEE CF 解调输出解调输出 基准输出基准输出 第6章频率合成 高频锁相环高频锁相环LM562（NE562、SE562等）等） 最高频率：最高频

32、率：30MHZ，16-30V单电源供电，外接元件少单电源供电，外接元件少 12 11 15 5 1 6 16 14 CrCx E 0.01 13 L562 289 3 4 0.1 Cc 0.1 参考输入 CB 1 k 0.1 0.1Cc T216(N) E1 0.1 C0 10 k VCO输出 12 k PD 12 11 1# 2# 15 2# 信号 输入 反馈 2 输入1# 3 4 VCO 1# 输出2# E 1614 A3 A1 VCO 1310 Cr 56 偏 压 参考源 限幅器 78 A2 去加重 环路滤波器 LF 9 解 调 输 出 E或地 (a)(b) 1 k 1.5 k 1 56

33、2内部框图内部框图 第6章频率合成 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 12 11 15 5 1 6 16 14 CrCx E 0.01 13 L562 289 3 4 0.1 Cc 0.1 参考输入 CB 1 k 0.1 0.1Cc T216(N) E1 0.1 C0 10 k VCO输出 12 k PD 12 11 1# 2# 15 2# 信号 输入 反馈 2 输入1# 3 4 VCO 1# 输出2# E 1614 A3 A1 VCO 1310 Cr 56 偏 压 参考源 限幅器 78 A2 去加重 环路滤波器 LF 9 解 调 输 出 E或地 (a)(b)

34、 1 k 1.5 k 1 第6章频率合成 6.5 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

35、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 第6章频率合成 吞脉冲可变分频器吞脉冲可变分频器 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 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) M p + A p/(p+1) 辅助计数器辅助计数器 A R Q S 主计数器主计数器 M 输入输入 输出输出 “1” ( p+1) “0” ( p) “1”计数计数 “0”停止计数停止计数 第6章频率合成 例：设前置

36、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N 1584 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 第6章频率合成 3、upB571双双模模前置分频器前置分频器 工作频率

37、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 16/1711 Vcc (+5V) 模式模式 控制控制 upB571 1234 8765 信号入信号入VEE 1：p 0：p1 信信 号号 出出 第6章频率合成 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

38、集成在一个芯片上，分 为中规模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。 第6章频率合成 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

39、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） MC145156/158/159MC145156/158/159（双模）（双模） 4 4位数据总线输入方式：位数据总线输入

40、方式：MC145144/145MC145144/145（单模）（单模） MC145146-1MC145146-1（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6.246.24 第6章频率合成 7 8 OSCin OSCout 12位R计数器 2 D0 D1 D2 1 20 10 11 10 9 12 A2 A1 A0 ST 锁存器

41、控制电路 锁存器L L2L3L4 L5 L6 L7 10位N计数器fin 3 7位A计数器 L0L1 锁定检测 PD A PD B 13 5 15 16 17 18 fR LD PDout fv V R 控制逻辑Mod 14 VDD: 端6 VSS: 端4 D3 MC1451461方框方框 第6章频率合成 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 第6章频率合成 MC1451461 OSC out fR 818 fV 15 LD 19 失 锁 控 制 信 号 用 于 外 部 鉴 相 器 (供 选 用 ) OSC in 参考振荡器 (或片内 振荡器) 7 6 V DD

42、 4 V SS PDout V R Mod fin D 3 D 2 D 1 D 0 A2A1A0ST 19 201211 10912 到 公 用 控 制 总 线 5 17 16 14 3 两 种 鉴 相 器 误 差 信 号 供 选 择 LF MC10154 双 F/F MC 12011 8/9 V CO 接 收 机 本 振 443.325 443.950 MHz (25 kHz 步 进 ) 发 射 机 调 制 与 16.7 MHz频 偏 发 射 机 信 号 459.025 459.650 MHz (25 kHz 步 进 ) 控 制 器 的 片 选 信 号64/65或128/129 采用采用MC

43、1451461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450MHz 第6章频率合成 MC1451461 OSCoutfR 818 fV 15 LD 13 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) 7 6 VDD 4 V SS PDout V R Mod fin D3D2D1D0A2A1A0ST 19201211 10912 到 公 用 控 制 总 线 5 17 16 14 3 鉴 相 器 误 差 信 号 供 选 择 LF MC10154 MC12011 8/9 VCO 控 制 器 的

44、选 信 号 32/33 11.100 MHz 3 接 收 机 第 二 本 振 33.300 MHz 4 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 825.030 844.980 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 第6章频率合成 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