《锁相频率合成器的设..》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锁相频率合成器的设..（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要频率源是现代通信系统的心脏，其稳定与否直接影响到系统的正常工作。现代通信系统对于稳定的频率源的需求也越来越广泛，而频率稳定度问题则已成为许多现代通信系统和设备的一个关键性技术问题。如今锁相技术以其独特和优良的性能在调制解调、频率合成、FM立体声解码等方面普遍应用。锁相环路具有载波跟踪特性，作为一个窄带跟踪滤波器，可以提取淹没在噪声之中的信号;用高稳定的参考振荡器锁定，可以提供一系列频率高稳定的频率源。本文主要讨论了基于锁相环的宽带调频电路的设计问题。以MOTOROLA公司生产的大规模集成芯片MC145146为核心元件,配以周边MC12017,MC1648等器件，设计了可以与宽带调频电路接
2、口的锁相环，软件部分采用单片机控制频率的编辑和显示，更加直观和方便。关键词：锁相环、频率合成器、鉴相器、调频ABSTRACTThe frequency source is the key specification of a modem communication system. The modern communication systems require more and more stable frequency source, and the problem of the frequency stability has become a key technique problem o
3、f most electronic instruments. The PLL circuits are global used in modulation and demodulation、frequency synthesize、FM stereo decode and so on. The PLL circuits has the characteristic of carrier track. As a narrow band fitter, it can pick up the signal which is submerged in the noise. When it is loc
4、ked with a high-stable reference oscillator, it can be a high-stable frequency source which can offer series of frequency. This paper mainly discusses the design problems of broadband frequency modulation circuits based on PLL. With the main devices MC145146、MC12017、MC1648 which are manufactured by
5、MOTOROLA. The work includes designing a PLL which is able to interface with a broadband frequency modulation circuits, making the corresponding hardware and finishing the testing of the hardware. Key words: PLL ; frequency-synthesizer；phase detector；modulation目 录第1章 绪论11.1 锁相技术的发展概况11.2 频率综合技术及其发展11
6、.3 锁相环路的工作特点31.4 设计任务与实现方案3第2章锁相频率合成器的设计52.1 锁相频率合成器52.1.1 锁相环路的基本组成52.1.2 使用前置分频器的锁相频率合成器的组成62.1.3 变模分频锁相频率合成器62.2基于MC145146的锁相频率合成器的设计82.2.1 频率合成芯片MC145146及其外接部分的设计92.2.2 环路滤波器的设计122.2.3 压控振荡器的设计132.2.4 前置预分频器的设计152.3 本设计中参数的确定152.4 本章小结18第3章 单片机控制部分193.1单片机控制的原理193.2 单片机控制部分主要程序模块的处理流程图213.3 本章小结
7、23结 论24参考文献25致 谢27附录A 全电路原理总图28 第1章 绪论1.1 锁相技术的发展概况这段标点符号不对锁相技术是实现相位自动控制的一门学科。锁相原理在数学方面，早在30年代无线电技术发展的初期就已经出现.1930年已经建立了同步控制理论的基础.1932年贝尔赛什(Bellescize)第一次公开发表了锁相环路的数学描述,用锁相环路提取相干载波来完成同步检波.到了40年代,电视接收机中的同步扫描电路中开始广泛的应用锁相技术,使电视图像的同步性能得到很大改善.进入50年代,随着空间技术的发展,由杰斐(Jaffe)和里希廷(Rechtin)利用锁相环路作为导弹信标的跟踪滤波器获得成功
8、,并首次发表了包含噪声效应的锁相环路线性理论分析的文章,同时解决了锁相环路最佳化设计问题.在60年代,维特比(Viterbi)研究了无噪声锁相环路的非线性问题,并发表了”相干通信原理”一书.到了70年代林特塞(Lindscy)和查里斯(Charles)进行了由噪声的一阶,二阶及高阶锁相环路的非线性理论分析,并做了大量实验以充实理论分析.由于锁相环路具有许多优良特性,它可以用于频率合成与交换,自动频率调谐,模拟和数字信号的相干解调,AM波信号的同步检波,数字通信中的位同步提取,锁相稳频,锁相倍频和分频,锁相测速预测距,锁相FM(PM)调制与解调等.目前,锁相换路的理论研究正在日臻完善,应用范围遍
9、及整个电子技术领域.且商品化集成锁相环路日益增多,为锁相技术应用提供了广阔前景.1.2 频率综合技术及其发展频率综合技术是无线电电子学的重要组成部分，它在无线电技术的各个领域中都得到广泛地应用。例如在通信、雷达、导航、电子侦察、干扰和抗干扰、宇航、卫星通信、遥测遥控、广播、电视及现代测量仪器仪表中都有应用。随着各种新型频率综合和频率合成方案的不断涌现，频率合成理论研究的不断深入，至今，频率综合技术从理论到实践已达到比较成熟和比较完善的阶段。将一个(或多个)基准频率变换为另一个(或多个)所需频率的技术称为“频率合成技术”,一般基准频率是非常精确的，频率综合的输出频率在一定范围内可选择，即频率综合
10、是一种高质量的信号源，由一个基准频率产生许多频率输出的一种高质量信号发生器。频率综合技术已经发展了近五十年的时间，在这几十年的发展过程中，频率综合技术不断成熟，不断完善。现在频率合成方式主要有直接式(DFS)、间接式(锁相式)、数字式(DDS)和各种方式相结合的混合式。直接式方式是频率综合发展的起点，其主要原理就是通过对频率的加、减、乘、除产生新的频率。其特点就是频率切换速度快、相位噪声低、性能稳定可靠，但是这种合成方法在功耗、体积和杂散上存在相当大的局限。 间接式频率综合都采用锁相环方式实现。它最大的优点是由于低通滤波器的作用而降低了杂散电平。与直接式合成器相比，它结构简单，体积小巧。但间接
11、式频率综合与直接式相比转换时间较长，环路带宽处相位噪声较大，设计小好还会出现“鼓包”现象。目前，锁相环中的各个器件集成度越来越高，各种频段压控振荡已经有集成的模块，许多频段已经有单片压控振荡器，各种分频器、倍频器、鉴频/鉴相器都已经有集成块，许多公司都把各种控制电路、程序分频器、鉴频/鉴相器等集成到一个集成块上。典型的锁相集成块有：Qualcomm公司的Q32XX系列、Peregrine公司的PE32XX系列、Motorola公司的MC145XX系列、富士通公司的MB1XX系列等，它们都包括脉冲整形电路、鉴频/鉴相电路、可编程分频电路、n/n+ 1双模分频电路、控制电路、锁定指示电路等，有些还
12、包括晶振电路、压控振荡器电路等。DDS是70年代初期美国J.Tierney, C.M.Radar，和B.Gold等人首先完成的，他们完成了直接数字式频率综合的理论基础，到1992年Burr-brown研制出500MHz12bit DAC，使得DDS输出频率高达100MHz。后来一批学者在此基础上完成了DDS技术的研究。DDS有两个明显的优势，高分辨率(微赫量级)和快捷变(纳秒量级)，但是DDS也有其致命的弱点就是它的输出杂散较大，最高输出频率受到限制。尽管如此DDS技术的出现和进展对频率综合已经产生了巨大的影响。如采用DDS+PLL技术使得快捷变、低杂散的频率综合的实现变得更加简捷。近几年来，
13、由于各种电子系统对频率综合的输出频率带宽、频率分辨率、频率转换时间，以及频谱的纯净度的要求越来越高，无论单独采取那种频率综合技术都难以满足系统要求，这就要求采取几种合成方式相结合，充分发挥各自的优势。这就是混合式的频率合成方式。1.3 锁相环路的工作特点锁相环路处于正常工作状态时,有如下特点:1.可以实现理想的频率控制.由于锁相环路包含一个固定的积分环节,环路输出无剩余稳态频差存在.这段标点符号不对2.良好的窄带滤波跟踪特性.当压控振荡器输出频率锁定在输入频率上时,位于信号频率附近的干扰成分将以低频干扰的形式进入环路,而绝大部分的干扰会受到环路滤波器的低通特性的抑制,就相当于一个窄带的高频带通
14、滤波器.3.良好的调制跟踪特性.锁相环路中的压控振荡器输出频率可以跟踪输入信号的瞬时变化.表现了良好的调制跟踪特性.4.门限性能好.锁相环路不像一般的非线性器件那样,门限取决于输入信噪比,而是有环路信噪比决定,较高的环路信噪比可取的较低的门限性能.5.易于集成化.环路集成化与数字化为减小体积,降低成本,增加可靠性,多用途提供了条件.1.4 设计任务与实现方案要求以锁相环（PLL）为核心硬件，设计一个具有中心频率可调的宽带调频电路，提供硬件演示，提交设计报告和编程软件.与实际不符主要设计指标如下: 1.中心频率:88MHz108MHz可调整,步进值100kHz;2.调频带宽：5075kHz;3.
15、RF发射功率处于120Mw间即可，不做具体要求;4.具有调制音频入口;5.提供中心频率显示和键盘预置功能;为实现以上功能，准备了以下两个方案。由于间接式频率合成器一般采用锁相环，其结构简单，体积小巧，已被应用于大部分制造频率合成器的场合。本设计中的各项指标用此种方法都可以实现，故准备的两种方案采用了锁相环的结构。现分别说明如下：方案1：使用大规模集成电路MC145152频率合成器，前置分频部分采用MC12017，压控振荡器采用MC1648,对MC145152的置数可以简单的采用拨码开关实现。方案2：使用大规模集成电路MC145146的频率合成器，前置分频部分采用MC12017，压控振荡器采用MC1648,对MC145146的置数采用单片机控制实现，并以单片机驱动数码管来显示中心频率值。和MC145152相比，MC145146由于只有4位数据总线输入，所以其体积更加小巧，功能更加强大， 以单片机来实现频率的编辑也更加方便和直观。所以最后确定采用方案2来实现本设计。只要实现原理如下：构成锁相环频率合成器以产生所需载波频率信号.其主要器件有集成芯片MC145146,LM358,MC1648,MC12017,电阻和电容若干以及变容二极管1SV101,振荡线圈等.由变容二极管
