FM调频发射机1系统设计

1、2.1.2 数字鉴频鉴相第二章硬件电路设计原理及2.1锁相环频率合成器电路设计锁相技术是相位同步的自动反应控制技术。它能使一个自激振荡器的振荡频率和相位受基准信号的控制，使振荡信号和基准信号在频率上保持相等，而相位保持某一个固左的最小值。锁相技术由锁相环PLL 来实现。频率合成技术是无线电技术中的一个较新的领域，它能将一个高稳泄度和髙精度的标准频率经过加、减、乘、除的运算产生岀同样稳左度和精度的大量离散频率，目前，频 率合成器和锁相环路已广泛地应用于通信、雷达、航天、航海、计算机、红外、激光、原子能、电视、立体声、自动控制、遥控遥测、遥感、糟密测量仪器等技术部门。2丄1锁相环路的组成锁相环的根

2、本原理框图如图所示。锁相环路主要由晶振、参考分频器、压控振荡器VCO、鉴频/鉴相器FD/PD、低通滤波器LPF、可编程分频器组成。它是应用数字逻辑电路将VCO频率一次或屡次降低至鉴相器频率上，再与参考频率在鉴相电路中进行比拟，通过低通滤波器取出误差信号来控制 了大规模单片集成锁相环频率合成器 可编程分频器都集成在一个芯片 中，不需要再单独设计。通过单片 机设置或改 变MC145152内部可 编程分频器的分频系数 A、N从而 改变发射频率。丄参考分频器JR_-rR VCO的频率，使之锁定在参考频率的稳立度上。设汁采用MC145152,将图中的参考振荡器、参考分频器、鉴相器、环路濾波器可编程分频器

3、前置分频誥WP/P+1晶振压控振荡器的设计压控LC振荡器主要由压控振荡芯片 MC1648.变容二极管MV209以及LC谐振回路构 成。MCI648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路。为到达最正确工作性能，在工作频率要求并联谐振回路的QlaIOO.电源采用+ 5V的电压，一对串联变容二极管背靠背 与该谐振回路相 连，振荡器的输出频率随加在变容二极管上的电压大小改变而改变。图为MCI648的内部电路图。图 为压控振荡电路图。路锤控振MV20荡电路 组成由芯片fddVouVBAS 2.6图2丄40?压的电路翻部电路VTANKPOINTS D6图 弦振荡5电路。VAEK/BBTOUC1-?fo

4、utU5+5VAGCMC1648VCC2OVccl1VEE1? Q4. Qk Q?和Q6,1WZcVCO的芯片管脚3为缓冲输岀，一路供前置分频器 MCI2022, 路供放大电路放大后 输出。 该芯片的5脚是自动增益控制电路AGC 的反应端。将功率放大器输岀的电压Voutl通过一反馈电路接到该脚，可以在输出频率不同的情况下自动调整输出电压的幅值并使其稳立在lV ±0.1Va在输入信号电平变化时，AGC电路用改变增益的方法维持输岀信号电平基本不变。结合MCI648的内部电路图，可以得到：当输出电压高于IV时，二极管Di反偏，电压为负，使Qs的基极电压减小，集电极电压增大，这样Q?的Vbe

5、减小，电压放大倍数减 小，使得输岀电压 V uii也减小，稳左在1V±0.1V。期外在输出局部增加了变压器耦合，使得输岀电压进一步稳定。VCO产生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关。图为变容二极管的测试图。可利用图中a所示的测量电路来测变容二极 MV209的压容特性。b为貝压容特性 和压控振荡 器的压控特性示意图。从图中可见变容二极管的反偏电压从Vomin? Vomax变化，对应的输岀频率范围是fmin? fnm在预先给泄L的情况下，给变容二极管加不同的电压，测得对应的谐振频率，从而可以计算出 CD的值。减小谐振回路的电感感抗，改变电容容量，不需要并联二极管即可很容易地实现频率

6、扩展，在实验中利用该方法用单管电感，绕6圈，曾使输出到达87MHZ以上。扫频输入巫接测频仪S3R2【I处1001C1 _1OOOpFR1420VDL13.3PC2WOOpF图2. 1变容二极管特性测试电路图2.2 Matlab讣算得到的变容二极管持性曲线彳氐通滤波器低通滤波藩由运放LM358和RC电路组成。英电路图如图 224所示。低通滤波器用于 滤除鉴相 器输岀的误差电压中的高频分量和瞬变杂散千扰信号，以获得更纯的控制电压，提高环路稳泄性和改善环路跟踪性能和噪声性能。锁相稳频系统是一个相位反应系统，其反应目的是使VCO的振荡频率由自有偏差的状态逐步过渡到准确的标准值。而VCO如做调频 源用，

7、其瞬时频率总是偏离标准值的。锁相环路只对 VCO平均中心频率不稳左所引起的分 量处于低通滤波器通带1loilk之内起作用，使其中心频率锁泄在设立的频率上。因此，输出的前置分频器由于一般可编程分频器只能工作到几十兆赫兹，更高频率时需要在VCO与FN分频器 之间再加上一个前置分频器。前置分频器和MC145152中的FA和纲 计数器一起构成一吞 脉冲程序分频器。图为其工作示意图，苴中a是P/P+1前置分频器方框图，b是吞咽 脉冲il? 数的示意图。选用的是集成芯片 MCI2022,分频比为P=63和64。MCI2022受控于 吞咽计数器的 分频比切换信号，也就是模式选择信号当 M为高电平时，分频比为

8、P+1,低电平时为P. MC145152 内的FN和"计数器均为减计数器,当减到零时，FA计数器 输岀由髙变低，+N计数器减到零时输 出一脉冲到FD/PD并同时将预置的N和A重新巻入 WA和WN计数器。利用这种方法可以方便调频波的中心>地使总分频比为连续数，总分频比为D=PN+A。a P/P+l前宜分频器方框图b吞咽脉冲计数示意图图223吞咽式脉冲计数原理图大规模集成PLL芯片MCI45152简介。MC145152是MOTOROLA公司生产的大规模集成电路，它是一块采用并行码输入方式置左、由14根并行输入数据编程的双模 CMOS-LSI锁相环频率合成器。图为其内 部组成框图。M

9、CI45152内含参考频率振荡器、可供用户选择的参考分频器12X8 ROM参考译码器和12bitFR 计数器、双端输出的鉴相器、控制逻辑、10位可编程的lObitFN计数器、6位可编程的6bit4-A计数器和锁定检测等局部。其中，1Obit-rN计数器、6bit4-A汁数器、模拟控制逻辑和外接双模前 豊分频器组成吞脉冲程序分频器，吞脉冲程序分频器的 总分频比为:D=PN+° A的范围0? 63,N的范围0? 1023。由此可以计算出频率和 A、AsAo Rao RaiWoN9N值的对应关系，利用 FPGA控制器改变其值，便可到达改变输岀频率的目的。图222 MCI45152内部结构图参考分频器是为了得到所需的频率间隔而设立的。频率合成器的输岀频谱是不连续的，两个相邻频率之间的最小间隔就是频率间隔。在 MCI45152中，外部稳泄参考源由 OSCm输入，经 12位分频将输入频率宁 R,然后送入FD/PD中。R值由Rao、】、R,2上的电平 决定，只有8 个值可选,分别为& 64、128、256、512、1024、1160、2048。在设计中，可通过改变R值来改 变步