高频电子线路第11章频率合成技术

1、第11章 频率合成技术11.111.1 频率合成器的主要指标频率合成器的主要指标11.211.2 直接频率合成法直接频率合成法11.2.2 相干式直接合成器相干式直接合成器11.2.3 频率漂移抵消法频率漂移抵消法11.311.3 间接频率合成法间接频率合成法11.3.1 脉冲控制锁相法脉冲控制锁相法11.3.2 间接合成制减法降频间接合成制减法降频11.3.3 间接合成制除法降频间接合成制除法降频11.2.1 非相干式直接合成器非相干式直接合成器11.111.1 频率合成器的主要技术指标频率合成器的主要技术指标 频率合成器是利用一个频率合成器是利用一个(或几个或几个)晶体振荡器产生一系晶体振

2、荡器产生一系列列(或若干个或若干个)标准频率信号的装备标准频率信号的装备。（1）工作频率范围工作频率范围频率合成器最高与最低输出频率所确定的频率范围，称为频率合成器最高与最低输出频率所确定的频率范围，称为频率合成器的工作频率范围。频率合成器的工作频率范围。（2）频率间隔频率间隔每个离散频率（或信道）之间的最小间隔称为频率间隔。每个离散频率（或信道）之间的最小间隔称为频率间隔。又称分辨力。又称分辨力。（3）频率转换时间频率转换时间由一个工作频率转换到另一个工作频率并使后者达到稳定由一个工作频率转换到另一个工作频率并使后者达到稳定工作所需的时间。工作所需的时间。 频率合成的方法，基本上可归纳为频率

3、合成的方法，基本上可归纳为直接合成法直接合成法与与间接间接合成法合成法两大类。两大类。（4）频率稳定度与准确度频率稳定度与准确度 频率稳定度是指在规定观测时间内，合成器输出频率偏离频率稳定度是指在规定观测时间内，合成器输出频率偏离标称值的程度。标称值的程度。一般用该偏离值与输出频率的相对值来表一般用该偏离值与输出频率的相对值来表示。准确度则表示实际工作频率与其标称值之间的偏差，示。准确度则表示实际工作频率与其标称值之间的偏差，又称频率误差。事实上，稳定度与准确度有着密切的关系，又称频率误差。事实上，稳定度与准确度有着密切的关系，因为只有频率稳定度高，频率准确度才有意义。因为只有频率稳定度高，频

4、率准确度才有意义。（5）频谱纯度频谱纯度 频谱纯度是指输出信号接近正弦波的程度频谱纯度是指输出信号接近正弦波的程度。可以用输出端。可以用输出端的有用信号电平与各寄生频率总电平之比的分贝数表示。的有用信号电平与各寄生频率总电平之比的分贝数表示。有用信号频率成分；有用信号频率成分；各寄生信号频率成分：有用信号的各次谐波成分；各寄生信号频率成分：有用信号的各次谐波成分；存在各种周期性干扰（混频器的高次组合频率）；存在各种周期性干扰（混频器的高次组合频率）；随机干扰（相位噪声）。随机干扰（相位噪声）。11.211.2 直接频率合成法直接频率合成法11.2.1 11.2.1 非相干式直接合成器非相干式直

5、接合成器 图中图中f1与与f2为两个石英晶体振荡器的频率，为两个石英晶体振荡器的频率，f1可以从可以从50005009MHz这这10个频率中任选一个，个频率中任选一个，f2可以从可以从600609MHz这这10个频率中任选一个。所选出的两个频率在混频个频率中任选一个。所选出的两个频率在混频器中相加，通过带通滤波器取出合成频率。器中相加，通过带通滤波器取出合成频率。 11.2.2 11.2.2 相干式直接合成器相干式直接合成器 图中的图中的10个等差数频率（个等差数频率（2736MHz,间隔间隔0.1MHz）是）是由石英晶体振荡器通过谐波发生器产生的多个频率。由石英晶体振荡器通过谐波发生器产生的

6、多个频率。 由于由于这些频率都是同一来源，故为相干式。所需的输出频率可以这些频率都是同一来源，故为相干式。所需的输出频率可以通过对这通过对这10个等差列数频率的选择，进行逐次混频、滤波、个等差列数频率的选择，进行逐次混频、滤波、与分频的方式来获得。与分频的方式来获得。11.2.3 11.2.3 频率漂移抵消法频率漂移抵消法( (外差补偿法外差补偿法) ) 输出频率输出频率f2的准确度仅取决于标准频率的准确度仅取决于标准频率fom，而与可变，而与可变振振荡器的频率误差荡器的频率误差f无关无关。由于频率误差由于频率误差f在两次变频过程在两次变频过程中被抵消，故称之为频率漂移抵消法，也可以叫做外差补

7、中被抵消，故称之为频率漂移抵消法，也可以叫做外差补偿法。偿法。11.311.3 间接频率合成法间接频率合成法( (锁相环路法锁相环路法) ) 脉冲控制锁相法是利用参考晶振频率的某次谐波（通脉冲控制锁相法是利用参考晶振频率的某次谐波（通过脉冲形成电路来获得）与过脉冲形成电路来获得）与VCO频率在鉴相器中相比较；频率在鉴相器中相比较；模拟锁相环路法与数字锁相环路法则是利用适当的降频电模拟锁相环路法与数字锁相环路法则是利用适当的降频电路将路将VCO的频率降低，然后与参考频率在鉴相器中相比的频率降低，然后与参考频率在鉴相器中相比较。较。 模拟式与数字式的区别在于两者的降频方式不同：模拟式与数字式的区别

8、在于两者的降频方式不同： 前前者采用者采用减法降频减法降频，后者采用，后者采用除法降频除法降频。 11.3.1 11.3.1 脉冲控制锁相法脉冲控制锁相法 用晶振频率用晶振频率fR去激励脉冲形成电路，产生一个重复频率为去激励脉冲形成电路，产生一个重复频率为fR的尖脉冲序列，这脉冲序列含有丰富的谐波。的尖脉冲序列，这脉冲序列含有丰富的谐波。 对于不同的对于不同的VCO频率频率fV,取相应的谐波取相应的谐波nfR在鉴相器中进行比较，通过锁相在鉴相器中进行比较，通过锁相环路的作用，即可将环路的作用，即可将fV锁定在锁定在nfR上，即上，即fV=nfR(n=1,2,3,)。 改变改变n值，即可在不同的

9、值，即可在不同的fV值上获得锁定。值上获得锁定。 由此可见由此可见，脉冲控脉冲控制锁相法实际上是一个单环制锁相法实际上是一个单环(即只有一个锁相环路即只有一个锁相环路)多波道频率多波道频率合成器合成器。 11.3.2 11.3.2 间接合成制减法降频间接合成制减法降频( (迷你锁相环路法迷你锁相环路法) ) 图是多环式减法降频方框图。它共用了四个锁相环，图是多环式减法降频方框图。它共用了四个锁相环，可获得可获得10000个离散频率，间隔个离散频率，间隔100Hz。11.3.3 11.3.3 间接合成制除法降频间接合成制除法降频( (数字锁相环法数字锁相环法) ) 数字逻辑电路把数字逻辑电路把V

10、CO频率一次或多次降低，再与参考频率一次或多次降低，再与参考频率在鉴相电路中进行比较，所产生的误差信号用来控制频率在鉴相电路中进行比较，所产生的误差信号用来控制VCO频率，使之锁定在参考频率的稳定度上。频率，使之锁定在参考频率的稳定度上。 本章介绍频率合成器，包括直接合成法和间接合成法。本章介绍频率合成器，包括直接合成法和间接合成法。 1. 所谓频率合成器就是利用一个（或几个）晶体振荡器产所谓频率合成器就是利用一个（或几个）晶体振荡器产生一系列（或若干个）标准频率信号的设备。生一系列（或若干个）标准频率信号的设备。 其其基本思想基本思想就就是利用综合或合成的手段，综合是利用综合或合成的手段，综

11、合晶体振荡器的频率稳定度、晶体振荡器的频率稳定度、准确度高准确度高和和LC振荡器改换频率方便振荡器改换频率方便的优点，克服了晶体点频的优点，克服了晶体点频工作和工作和LC振荡的频率稳定度、准确度不高的缺点，而形成频振荡的频率稳定度、准确度不高的缺点，而形成频率合成技术。率合成技术。 本本 章章 小小 结结2 频率稳定度是指在规定的时间间隔内，合成器频率偏离规定值的数值。 频率准确度则是指实际工作频率偏离规定值的数值，即频率偏差。 这是频率合成器两个重要指标。 两者既有区别，又有联系。稳定度是准确度的前提。 稳定度高也就意味着准确度高，亦即只有频率稳定，才能谈得上频率准确。3 所谓直接频率合成法

12、是将所谓直接频率合成法是将两个基准频率两个基准频率直接在直接在混频器混频器中进行混频，以获得所需的新频率。中进行混频，以获得所需的新频率。 这些基准频率是由石英这些基准频率是由石英晶体振荡器产生的。晶体振荡器产生的。 如果是用多个石英晶体产生的基准频如果是用多个石英晶体产生的基准频率，因而产生混频的两个基准频率相互之间是独立的，所以率，因而产生混频的两个基准频率相互之间是独立的，所以叫叫非相干式直接合成非相干式直接合成。 如果只用一块石英晶体作为标准频率如果只用一块石英晶体作为标准频率源，因而产生的混频的两个基准频率（通过倍频器产生的）源，因而产生的混频的两个基准频率（通过倍频器产生的）彼此之间是相关的，就叫彼此之间是相关的，就叫相干式直接合成相干式直接合