小数N分频频率合成器的原理和实现-

1、 成法,小数合成法。以小数合成法为基础的小数分频锁相环(F-NPLL频率合成器可以实现很高的频率分辨率(10-6Hz甚至更高,其应用最为广泛。2.传统F-NPLL频率合器的原理传统的F-NPLL频率合器的结构如图1所示,它是由鉴相器(PD,低通滤波器(LPF,压控振荡器(VCO,双模分频器(÷N/N+1,累加器(P+Q组成。双模分频器的分频模式受累加器控制。如果在P个周期内对VCO的输出频率VCO进行N分频,在Q个周期内对VCO的输出频率VCO进行N+1分频,并不断在这两种模式间循环,当环路锁定后输出频率VCO和输入基准频率就满足以下关系式:(1于是:(2这样就得到了具有非整数值的频

2、率分割,从而实现了在不改变基准频率的条件下得到较小的频率分辨率。在双模分频器进行N分频时,分频器输出频率为N=VCO/N=N+Q/(N+Q/N(3在双模分频器进行N+1分频,分频器的输出频率为N=V C O/N+1=小数N分频频率合成器的原理和实现王庆生曾兵吴军成都理工大学应用核技术及自动化工程学院6100591.引言在现代通信中为了充分利用频率资源,每个信道所占带宽必然受到限制,而各个信道间的间隔取决于频率合成器的频率分辨率。要提高锁相环频率合成器的频率分辨率,势必要降低基准频率,其结果将减慢频率转换速度,这是一对矛盾。通常有三种解决这对矛盾的方法:微差混频法,多环合N+Q/(N+Q/(N+

3、1(4所以在小数分频过程中,虽然双模分频器输出的平均频率与参考频率相等,但两者的瞬时频率可能不等,从而使得输入到鉴相器的两路信号之间存在相位差。相位误差呈锯齿状,其周期为TMOD=TVCO(N+Q(5这会形成严重的小数杂散。利用-调制技术能很好地将其滤除。3.-调制技术在F-NPLL频率合器中的应用-调制技术来自高分辨率的A/D、D/A变换器中的过取样-转换技术。其工作原理为:在对信号进行过取样后,噪声功率谱幅度降低,并通过一个对输入呈低通、对量化噪声呈高通的噪声整形器,将量化噪声功率的绝大部分移到信号频带之外,从而可通过滤波有效地抑制噪声。-A/D变换器是将输入信号以较高的取样频率进行高速取

4、样,而对每个取样信号量化比特数较低,经常使用1比特量化,这样使-A/D变换器获得了许多优点,其原理框图如图2所示。其中减法器、积分器、量化器和D/A变换器组成反馈系统,使得积分器的电压趋于零,并使D/A转换器的输出逼近输入值,所得数字输出也逼近输入信号。采用-调制技术的N分数频率合成器如图3所示。图3采用-调制技术的N分数频率合成器原理图图4ADF4252内部小数分频部分结构原理图图1传统的F-NPLL频率合器的结构图图2-A/D变换器原理框图 两倍额定频率(100H Z 的电流。汽轮发电机的转子是隐极式结构,磁极和轴是一个整体,感应电流频率高(100HZ,集肤效应大,使电流集中在表面很浅的薄

5、层内,这就增大了电流回路的电阻,加之这些电流不仅流过转子的本体,还流过护环、槽契与齿,并流经槽契和齿以及套箍的许多接触面,这些地方电阻高,发热尤为严重,可能产生局部高温,破坏转子部件的机械强度和绕组绝缘。因此,两倍频率电流引起转子的发热对汽轮发电机特别危险。 汽轮发电机的转子是个圆柱体,纵轴和横轴的磁导相差不大,因此两倍频率电流在发电机中引起的机械振动较小,对机械强度危害性较小。而对于转子是凸极式的水轮发电机由于转子的直径较大,纵轴和横轴的磁导相差较大,所引起的振动较大,对机械强度有较大的危害性。3.2失磁异步运行允许负荷我国在1985年汽轮发电机失磁异步运行第二次技术讨论会上提出了两型主要机

6、组稳定异步运行时的允许负荷及允许持续时间,即0.4Pn 时允许持续运行30min;0.5Pn 时允许持续运行15min。原在额定或接近额定有功功率运行的发电机,失磁后,从减少对系统和厂用电压的影响,应迅速采取措施减负荷,要求在30sec 内将有功负荷降到上述允许负荷。我厂及兄弟单位汽轮发电机组失磁异步运行的允许负荷及允许持续时间见表4两起失磁故障处理实例 1998年3月27日,西村热电厂,#3机各表计激烈摆动,值班人员调整#3机相复励及主磁场电阻无效,迅速将有功负荷有57MW 减至25MW,再减至13MW,将灭磁开关切闸,各表计恢复正常。18:49,#3机转备励运行,升压加无功正常,事后分析为

7、#3机主励磁机线圈因积尘引起短路所致。2002年5月15日,员村热电厂,#2机进行励磁通道转换,#2机灭磁开关自动跳闸,无功负荷降至零下,有功负荷45MW,定子电压10.5KV,定子电流顶表(顶表读数5000A,额定电流4124A。运行人员立即将有功负荷减至25MW,定子电流降至2600A。13:28,将#2机灭磁开关合闸,将手动通道转回自动通道,无功负荷自动升至20MVar,随即联系机炉将有功负荷加至50MW。事后分析为手动通道的0803插件有故障,属于重大设备隐患。两起故障都具有失磁故障的特征:无功反向。值班人员按规定迅速降低有功负荷,机组进入失磁异步运行状态,在消除失磁原因后,恢复励磁(

8、启动备用励磁机、手度与基准频率相当。4.ADF4252ADF4252是美国AD 公司生产的带有1.2GHz 中频(IF合成器和3GHz 射频(RF合成器的双分数-N锁相环集成芯片。其内部集成有一个小数分频器和一个整数分频器。其中小数分频部分由低噪声鉴相器,输出电流可控的精确电荷泵,可编程的R 分频器,可编程的分数-N 分频器等部件组成,对芯片内部所有的控制及编程都是通过三串行总线来完成的,如图4所示。该芯片中的分数分器采用的就是-调制技术,其内部组成框图如图5所示。其中:N=INT+FRAC/MOD(6INT,FRAC 以及MOD 的值均可通过对芯片内部相应寄存器的设置得到。若选择合适频段的压控振荡器,设计合理的环路滤波器,再加上相应的控制电路,即可构成F-NPLL 频率合成器。利用单片机通过三串行总线便可控制芯片得到精确的不同频率值。低通滤波器的设计可利用软件A