大三上-通信电路原理课件

1笫8章

频率合成技术

8.1概述8.1.1频率合成的基本方法8.1.2主要技术指标8.2直接频率合成法

（*）

8.3锁相频率合成法8.3.1模拟锁相频率合成器8.3.2数字锁相频率合成器8.4直接数字式频率合成（*）28.1概述近代通信系统要求通信机具有大量的、可供用户选择

和迅速更换的载频振荡信号。例如：短波通信，要求通信机能在2～30MHz频段内，提供以100Hz为间隔的28万个频率点。移动通信机要求能在150、400、900MHz频率附近提供上百个频率点等等。这些频率点的载波振荡频率稳定度与精度，都应能满足系

统的性能。这些离散频率的频率稳定度和精度均相同。这些离散频率在很短时间内，可由某一频率变换到另一频率。38.1.1频率合成的基本方法（1）直接频率合成法由具有四则运算功能的混频器、倍频器、分频器和具有选频功能的滤波器的不同组合来实现频率合成的方法，一般称为直接频率合成法。频率间隔为：fr/N频率数由倍频器的可变倍频次数M决定。主要缺点：因为有较多的非线性电路，可能产生寄生干扰，使输出信号频谱纯度降低。接入了大量的、滤波性能要求较高的频带滤波器，从而使设备体积庞大，造价也十分昂贵。直接频率合成法；锁相频率合成法；直接数字频率合成。4（2）锁相频率合成锁相频率合成又称间接式频率合成法。它是用一个或几个参考频率源，然后用锁相环将压控振荡器的频率锁定在某一谐波或组合频率上，由压控振荡器间接产生所需要的频率输出。锁相环路具有良好的窄带滤波特性，故其输出信号质量得到明显的改善。主要优点：系统结构简单；输出频率成分的频谱纯度高；易于得到大量的离散频率；易于集成化。主要缺点：频率转换时间长；单环频率合成器的频率间隔不能做得很小。8.1.1频率合成的基本方法（续一）直接频率合成法；锁相频率合成法；直接数字频率合成。5（3）直接数字频率合成（DDS）DDS（DirectDigtialFrequencySynthesis）是近年来发展起来的一种将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域的一项新技术。在存储器存入合成波形的M个均匀间隔的样值；以均匀速率把这些样值输出到DAC变换成模拟阶梯信号；再经低通滤波器平滑，便得到所需波形。主要优点：相位连续；分辨力高（可达0.001Hz）；工作频率范围宽，容易做到极低的频率；转换频率的时间短（几乎是即时的频率转换），以及成本低、控制灵活等。主要缺点：输出频率上限不太高，受限于器件可用的最高时钟频率；总输出噪声电平可能很高。8.1.1频率合成的基本方法（续二）直接频率合成法；锁相频率合成法；直接数字频率合成。68.1.2频率合成器的主要技术指标（1）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。（2）频率间隔：每个离散频率之间的最小间隔称为频率间隔。（3）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工作所需的时间。（4）频率稳定度与准确度（5）频谱纯度：频谱纯度是指输出信号接近正弦波的程度。可以用输出的有用信号电平与各寄生频率总电平之比的分贝数表示。78.3.1模拟锁相频率合成器主要缺点：因为有较多的非线性电路，可能产生寄生干扰；接入了大量的、滤波性能要求较高的频带滤波器，从而使设备体积庞大，造价也十分昂贵。8.3锁相频率合成法88.3.2数字锁相频率合成器（1）基本原理例如：当fr

=100kHz，分频比N在31～316范围内变化时，输出频率范围将为3.1～31.6MHz，频率间隔为100KHz.。当fr

=100Hz，分频比N=30000～39999时，输出频率将为3～3.9999MHz，频率间隔为100Hz。返回一返回二98.3.2数字锁相频率合成器（续1）上图输出频率的分辨力，等于输入鉴相器的参考频率，即fr越小，输出信号的频率分辨力将越高；环路频率转换时间tS与fr有关，其间的关系可用下式经验公式描述：因此减小fr

与减小tS

成为对频率合成器提出的一对相互矛盾的要求；当要求频率间隔很小时，分频比N的变化将很大，此时环路线性化传递函数也变化很大，从而影响环路的动态工作性能。原理图的讨论：参考频率fr对环路性能的影响108.3.2数字锁相频率合成器（续2）对于一个分频比固定的分频器，目前已有工作在500MHz、800MHz甚至千兆赫的集成器件可供选用；可编程分频器的工作频率则要低很多。TTL部件构成的可编程分频器，上限频率约为25MHz，CMOS部件构成的可编程分频器，上限频率则为4MHz。事实上，大多数通信系统的工作频率则要比上述数值大得多。可是可编程分频器是数字锁相频率合成器的重要部件。其分频比的数目，决定了合成器输出信道的数目；程序分频器的输入频率，也是合成器的输出频率；存在合成器输出频率与分频器工作速度之间的矛盾。上图可编程分频器工作速度的影响118.3.2数字锁相频率合成器（续3）（2）含前置分频器的锁相频率合成器由于前置分频器可工作在较高的频率，所以在主分频器前，接入分频比恒定的前置分频器，以降低主分频器（可编程分频）的工作频率；当改变N时，输出频率将为以Pfr为间隔的离散频率系列。可见本方案是以加大频率间隔为代价，换取合成器工作在较高的频段。128.3.2数字锁相频率合成器（续4）（3）采用吞脉冲可变分频器的锁相频率合成器1。吞脉冲可变分频器吞脉冲分频器的构成如下图所示。分频器包含双模前置分频器、主计数器、辅助计数器和模式控制电路几部分。双模分频器具有÷P、和÷（P+1）两种分频模式。138.3.2数字锁相频率合成器（续5）上图吞脉冲分频器工作原理讨论：模式控制电路为高电平时，双模分频器的分频比为÷(P+1)；模式控制电路为低电平时，双模分频器的分频比为÷P计数；N（主计数器）>A（辅助计数器）；计数起始时，设模式控制电路输出为高电平，则输入端重复频率为f0的脉冲输入时，双模分频器和两计数器同时计数，直到辅助计数器计满A个脉冲，使模式控制电路输出电平降为低电平，双模分频器分频比变为÷P；此后继续输入脉冲，双模分频器与主计数器继续工作，直到主计数器计满N，模式控制电路重新恢复高电平，双模分频器恢复÷（P+1）分频比，各部件进入第二个计数周期为止；148.3.2数字锁相频率合成器（续6）吞脉冲分频器工作原理讨论：在一个计数周期内，总计脉冲量为：吞脉冲分频比为：采用吞脉冲分频器构成频率合成器时，其最小频率间隔可以做到等于fr=f0’，而输出频率f0则为：频率分辨力仍为fr，环路频率转换时间没有变化。这是因为上式中有和项。158.3.2数字锁相频率合成器（续7）2。采用吞脉冲可变分频器的锁相频率合成器16若含吞脉冲分频器的锁相频率合成器，其双模分频器的分频数为÷41/40，主计数器的N=3～1023，辅助计数器的A=3～127，已知参考频率=5KHz，要使输出频率=136.550MHz，两计数器N和A应预置于何值？举例：可列出：27310=40N+A频率点数：4万多。解：由和可得出合成器环路分频器的分频数