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1、电子信息工程综合电子信息工程综合 课程设计报告课程设计报告题题 目：目： 锁相环频率合成器锁相环频率合成器 学学 院：院： 信息工程学院信息工程学院 专专 业：业： 1111 级电子信息工程级电子信息工程 学学 号：号： 20115509012011550901 姓姓 名：名： 倪倪 洁洁 指导教师：指导教师： 苏苏 永永 新新 完成日期：完成日期： 20142014 年年 1111 月月 2626 日日 信息工程学院 2011 级 电子信息工程二班 倪洁 电子信息工程专业综合设计报告目目录录摘要：摘要：.1 1 一、频率合成器简介一、频率合成器简介.2 2 二二、 锁锁相相环环频频率率合合成
2、成器器原原理理 .2 2 2.12.1 锁相环路设计基础锁相环路设计基础 .2 2 2.1.12.1.1 锁相环基本原理锁相环基本原理 .2 2 2.1.22.1.2 基本环路方程基本环路方程.4 4 2.1.32.1.3 环路相位模型和基本方程环路相位模型和基本方程.7 7 2.1.42.1.4锁相环工作过程的定性分析锁相环工作过程的定性分析.8 8 2.1.52.1.5锁相环路的线性分析锁相环路的线性分析.9 9 2.22.2 频率合成器及其技术指标频率合成器及其技术指标.1010 2.32.3 锁相环频率合成器工作原理锁相环频率合成器工作原理.1111 三、确定电路组成方案三、确定电路组
3、成方案.1212 四、四、 设计方法设计方法.1212 4.14.1、振荡源的设计、振荡源的设计 .1212 4.24.2、N N 分频的设计分频的设计.1313 4.34.3、1KHZ1KHZ 标准信号源设计（即标准信号源设计（即 M M 分频的设计）分频的设计）.1515 五、锁相环参数设计五、锁相环参数设计.1515 六、六、 仿真图如下仿真图如下.1616 七、焊接图七、焊接图.1616 八、调试步骤八、调试步骤.1717 九、实验遇到问题及解决办法九、实验遇到问题及解决办法.1717 十、心得体会十、心得体会.1818信息工程学院 2011 级 电子信息工程二班 倪洁 电子信息工程专
4、业综合设计报告锁相环设计频率合成器锁相环设计频率合成器摘要：摘要：现代通信系统中，为确保通信的稳定与可靠，对通信设备的频率准确率和稳定度提出了极高的要求. 随着电子技术的发展，要求信号的频率越来越准确和越来越稳定，一般的振荡器已不能满足系统设计的要求。晶体振荡器的高准确度和高稳定度早已被人们认识，成为各种电子系统的必选部件。但是晶体振荡器的频率变化范围很小，其频率值不高，很难满足通信、雷达、测控、仪器仪表等电子系统的需求，在这些应用领域，往往需要在一个频率范围内提供一系列高准确度和高稳定度的频率源，这就需要应用频率合成技术来满足这一需求。锁相频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算 ，
5、其结构是一种闭环系统。其主要优势在于 结构简化、便于集成，且 频率纯度高，目前广泛应用于各种电子系统。直接式频率合成器中所固有的那些缺点，在锁相频率合成器中大大减少 。本次实验利用SystemView实现通信系统中锁相频率合成器的仿真，并对结果进行了分析。关键词关键词： 锁相环锁相环 频率合成器频率合成器 信息工程学院 2011 级 电子信息工程二班 倪洁 电子信息工程专业综合设计报告一、频率合成器简介一、频率合成器简介频率合成是指以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率，这些输出频率的准确度与稳定度与参考频率是一致的 。用来产生这些频率的部件就成为
6、频率合成器或频率综合器。频率合成器通过一个或多个标准频率产生大量的输出频率，它是通过对标准频率在频域进行加、减、乘、除来实现的，可以用混频、倍频和分频等电路来实现。其主要技术指标包括频率范围、频率间隔、准确度、频率稳定度、频率纯度以及体积、重量、功能和成本。频率合成器的合成方法有 直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波，从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。该方法频率转换时间快 (小于 100ns)，但是体积大、功耗大 ，成本高，目前已基本不被采用。锁相 频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算 ，其结构是一种闭环系统。其主要优势在于
7、结构简化、便于集成，且 频率纯度高，目前广泛 应用于各种电子系统。直接式频率合成器中所固有的那些缺点，在锁相频率合成器中大大减少。本次实验设计的是锁相频率合成器。2 2、锁锁相相环环频频率率合合成成器器原原理理2.1 锁相环路设计基础锁相环路设计基础 这一部分首先阐明了锁相环的基本原理及构成，导出了环路的相位模型和基本方程，概述了环路的工作过程， 2.1.12.1.1 锁相环基本原理锁相环基本原理锁相环（PLL）是一个相位跟踪系统。最基本的锁相环方框图如图 1 所示。它包括三个基本部件，鉴相器（PD） 环路滤波器（LF）和压控振荡器信息工程学院 2011 级 电子信息工程二班 倪洁 电子信息工
8、程专业综合设计报告（VCO）图 锁相环的基本构成设参考信号(1)( )sin( )rrrru tUtt式中 Ur 为参考信号的幅度r为参考信号的载波角频率r(t)为参考信号以其载波相位 rt 为参考时的瞬时相位 若参考信号是未调载波时，则 r(t)= 1=常数。设输出信号为 0( )cos( )ooou tUtt(2)式中 Uo为输出信号的振幅,0为压控振荡器的自由振荡角频率0 (t)为参考信号以其载波相位 0t 为参考时的瞬时相位, 在 VCO 未受控制它是常数，受控之后他是时间函数。则两信号之间的瞬时相位差为 (3)0000( )( )( )()( )errrrttttt由频率和相位之间的
9、关系可得两信号之间的瞬时频差为(4)鉴相器是相位比较器，它把输出信号 uo(t)和参考信号 ur(t)的相位进行比较，产生对应于两信号相位差 e (t)的误差电压 ud(t)。环路滤波器的作用是滤除误差电压 ud(t)中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，提高系统的稳定性。压控振荡器受控制电压 uc(t)的控制，uc(t)使压控振荡器的频率向参考信号的频率靠近，于是两者频率之差越来越小，直至频差消除而被锁定。因此，锁相环的工作原理可简述如下：首先，鉴相器把输出信号 uo(t)和参考信号 ur(t)的相位进行比较，产生一个反应两信号的相位差 e (t)大小的误差电0 0( )( )e rdtdt dtdt参考信号PDur(t) LFud(t) VCOuc(t)uo(t)输出信号信息工程学院 2011 级 电子信息工程二班 倪洁 电子信息
