单片集成锁相环2

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1、第 11 讲 单片集成锁相环单片集成锁相环是将锁相环路的重要部件鉴相器、压控振荡器以及某些特 殊的器件集成在同一基片之上，各部件之间部分连接或均不连接的一种集成电 路。使用者可以按需要在电路外部连接各部件来实现锁相环路的各种功能，因 此，这种集成锁相环具有多功能或部分多功能的性质，可称之为“通用”。通用单片集成锁相环的产品已经很多，它们所采用的集成工艺不同，使用 的频率也不同。考虑到国内外已有的产品及使用情况，本章介绍几种典型的单 片集成锁相环。国内外总的情况另附录三说明。高频单片集成锁相环NE 一 560NE561NE 一 562(L 562)HA2800XR 一 2l0一、NE 一 560

2、电路说明NE560是56系列电路中最基本的一种电路，其方框图如图5-30所示。它包括鉴相器、压控振荡器、环路滤波器、限幅器和两个缓冲放大器。 鉴相器由双平衡模拟相乘器组成，输入信号加在12、13端。内部各部件均已接 好。当环路对输入信号锁定时电路可提供两种输出，一是与输入信号频率和压 控振荡器之间的频差成比例的电压，即鉴频输出，一是与输入信号频率相同的压控振荡器方波输出。接定时vco调谐FM/RF 输入1FM/RF Jj 输人2 V图 5-30 NE560 的内部方广框图NE 一 560 的线路图如图 52，压控振荡器由 Q11Q14 组成，是 一个射极定时多谐振荡器，其工作电压是由Q26射极

3、的14V经6. 3V的齐纳 二极管D1之后所得到的7. 7V。这样就免除了电源电压对压控振荡器工作频 率的影响。Q20、Q21、Q23、Q24四个管子的基极电压由二极管D6、D7置 定，构成四个恒流源为压控振荡器供给工作电流。 Q22 和 Q25 组成差分放大 器，用以调整压控振荡器的频率。当Q22的偏压高于Q25的偏压时，就会从Q12和Q13中多拉出一部分电 流，使得对外按定时电容C。的充电和放电电流相应地加大。 因为压控振荡 的的振荡频率正比于定时电容的充放电电流，所以振荡频率就随之提高。反之， 若Q22的偏压低于Q25的偏压，压控振荡器振荡频率则降低。两个三极管Q5、 Ql0 和两个齐纳

4、二极管 D4、 D5 起电平位移的作用，以满足鉴相器输出与压控 振荡器驱动之用的要求。鉴相器是由 Q6Q9， Q17 和 Q18 组成的双平衡相乘器。信号从 Q17 和 Q18的基极输入，它们的偏压是4V。压控振荡器电压从Q12和Q13双端输出， 分别加到Q6Q9的基极。Q6（或Q8）和Q7（或Q9）集电极负载上的差分输出 即为有效的鉴相输出。从14、端接入的外接网络与两个6kQ电阻一起组成 一个低通滤波器即为锁相环的环路滤波器。鉴相器的工作电压是由 Q27 供给的14V电压。Q25有一个8. 2kQ的集电极负载，从瑞可外接一个去加重电 容与它共同构成去加重滤波器。经去加重之后的鉴频输出电压加

5、到 Q19 组成 的射极跟随器，最后从端输出。端是跟踪范围的输入端，利用它可以改变Q29的射极有效电阻，因为Q29 是差分放大器 Q22 和 Q25 的恒流源，所以也就控制了差分放大器的总电流。 增加或减少从端注入的电流也就控制了压控振荡器的跟踪范围。二）应用举例NE-560的最高工作频率为30MHZ,最大锁定范围达正负15%f。鉴频失 真小于0.3%，输入电阻2kQ，电源电压+16+26V，典型工作电流9mA,可 用作FM鉴频、跟踪滤波等。1FSK 解调NE 一 560用于FSK解调的例子如图53所示。输入信号的频移在环路中变 换成端的直流电平偏移，幅度大约为60mV。此电压经放大后加到电压

6、比较 器，变换成与数字逻辑以及相适应的逻辑兼容输出。12 端的电压峰峰值等于 30mV2V的方波或正弦波。端为去加重端，此端与地之间连接旁通电容， 滤除高频噪声。、端之间的C=0.33p F决定了压控振荡的自由振荡频 率，约为1060Hz。这个定时电容的容量可用下式近似计算。C 沁300卩 F0 f (MHZ )2 FM 解调器用 NE 一 560 作 FM 解调器时，需要考虑外部电路元件的选择和如何得到所 需要的性能。111二其中包括：输入信号条件、压控振荡器频率、低通滤波器参数选择、输出 信号大小、跟踪范围调整、去加重网络参数等等。图54 是带有中频放大器 和限幅级的 FM 解调器。输入信

7、号的幅度对电路的工作有明显的影响。如使跟 踪范围保证不变，输入信号电平应大于2mV。定时电容仍按(51)式计算，过 于精确是不必要的，因为电路的内部电阻值在其标称值的10%内，电路还需要 进行微调。微调的方法可用可变电容与C。并联，或者在电源与地之间接一电 位器，其滑动片通过一个200 Q限流电阻接人端。低通滤波器参数与环路捅 获带密切相关。低通滤波器有几种连接方法，图54在14、15端对地之间接 C1、R1 串联电路，这时解调带宽为BW =1(52)2u C (R + R )1 1 A式中RA=6kQ是鉴相器的输出电阻。例如，需要Bw为15kHZ,就可用10kQ 电阻和700pP电容相串联。

8、另一简单的办法是在14、15端之间接一个电容C2, 容量可按下式近似计算：1 13.26=uF2兀(BW)(2R ) BWA若需要Bw达15kHz,可选用885pF的电容。在14、15端之间路接一个电阻R2,可以减小环路锁定范围和解调灵敏度。降 低的系数为Ra =2R + R2A在输入信号电平过高(Vin30mV),频率很高(fin5MHz)时，环路增益过 高,可能造成不稳定,可考虑采用上述措施。 14、 15 端同时接入 C2 和 R2 时, 增益缩减系数a仍同(54)式，但带宽公式(53)必须修正为C =22n (BW)(2R + R )A29端输出信号电压约为0.3Vpp，即其频偏百分率

9、约为1. 0%。例如，频 偏为土275kHZ的10.7MHZ中频电压，频偏的百分率为%频偏=土 0.075 x 100%107二 0.7%则输出电压等于0.7U 二 0.3Ux 二 0.21Voutp - p 1.0%p - p去加重网络是端对地接一外接电容Cd，对FM广播来说，Cd与内 部8kQ的电阻组成时间常数等于75p s，去加重电容量可按下式计算75 x 10 -68K二 0.0094)uFint3.跟踪滤波图55(a)是用NE 一 560组成晶体稳定锁相环跟踪滤波器的电路图， 工作频率接近 10MHz。 晶体的作用是稳定压控振荡器的自由振荡频率。图 55(b)是锁定范围与输入信号幅度

10、的关系曲线，输出端有一射随器，防止负 载对环路频率的响应。NE 一 561 的线路基本上与 NE 一 560 相同，只是附加了一个正：交检波 器。这样，NE561就可用于AM信号的同步检波。i b)图5-5 NE-56D组成跟踪滤流器附 NE566SE566NE566SE566 是一种低频宽带的积分一施密特触发器型的压控多谐振 荡 , 可以产生方波和三角波，控制特性呈线性。振荡频率由外接电阻和电容决 定。电路工作的电源电压由10V到24V,最高工作频率为1MHz。NE566 / SE566的电路图见图41B。这是一个有8个引线的电路。端 接正电源，端接地。端外接定时电容，端外接定时电阻两者共同

11、决定 电路的振荡频率。端为控制电压输入端，通过Q4控制对CT的充放电电流 以改变振荡频率。端为三角波输出端，端为方波输出端。端空置。对照 原理图可见，这是一个典型的施密特触发电路型的压控多谐振荡器。电路中 Q1至Q3组精密压控电流源，Q9至Q12组成非饱和型高速施密特触发器， Q13、Q14和Q16组成高速型电流开关。这个电路的应用非常广泛，除了可作为锁相环内压控振荡器之外，还 可以独立作为FM调制器、信号产生器等等，下面举例说明。正常情况下电路只能输出三角波与方波，但经过适当的外电路连接也能形 成锯齿波。用 NE566/ SE566 可直接构成低频 FM 产生器，具体电路如图 423。其载波

12、频率一般不低于0.5MHZ，其中，第一片566作调制信号产生用，另 一片作载被信号产生用。选择电容C1以调节调制频率的范围，选择电容C1， 确定载波的中心频率。电容C2是耦合电容，只要不致引起调制信号波形的失真即可。图423(a)将调制信号产生器的 输出直接推动载波信号产生器，可得到小于 20%的频偏。若需要更大的频偏，则需在两级之间插人放大级，如图4-23(b),可以获 得高达土 100%的频偏，如果要求正弦调制，其间还要进行低通过滤或波形变 换。低频单片集成锁相环NE565(BG322、x38)NE565 是一块工作频率低于 1MHz 的通用单片集成锁相环路。和 NE562 一样，压控振荡

13、器输出与鉴相器输入之间是断开的，允许插 入分频器来做成频率合成器。如果需要，也可设法切断鉴相器 输出与压控振荡器输入之间的连接，在其中串入放大器或滤波器以改善环路的 性能。电路的框图如图 538。电路说明NE565 的完整电路见图 539。压控振荡器部分是积分-施密特电路。其原 理电路如下：图：积分-施密特触发电路型的压控振荡器原理图整体的原理电路如图 5-39。晶体管 Q1-Q7 和二极管 D1D3 组成精密电 流源。Q1的基极端是压控振荡器的控制电压输入端。输入控制电压经Q2 加到端，端外接电阻R1。因此，假如忽略Q1微小的基极电流，那么， 流过R1进入端的所有电流就流到二极管D1和D3的

14、正极，当Q8受施密特 电路控制而导通时， D3 反向偏置，所有电流就流过 D2、Q6 和 Q8 到地。同 时，外接电容 Cl 通过 Q5、Q7 和 Q8 以相伺的电流量放电。当 Q8 截止时， Q5Q7同时截止，D 2反向偏置，所有电流经D3的外接电容C1充电，充电 的流量与放电的流量相同。电容器Cl上形成的三角波，通过Q9加到由Q11和Q12组成的施密特电路 上。二极管D6 一 D9用于防止Q11和Q12饱和，提高开关速度。施密特触发 器的振荡输出经Q13射随器从端输出。同时，也经差分放大器Q14Q16 反馈至Q8的基极，实现对精密电流源的控制。鉴相器是双平衡模拟相乘器。 Q20 和 Q24

15、 构成信号输入级，可以外部进行偏置。压控振荡器的输出方 波电压从端加入，通过D11，加到Q18Q19、Q22、Q23的基极，对这些 晶体管进行开关控制。二极管 D12 和 Dl3 对鉴相器的输出限幅。直流放大器 Q26、 Q27 用以提高环路增益。端外接电容器和Q27的集电极电阻R（典型值为3. 6kQ）组成环路滤波器。 端形成误差电压加到压控振荡器的控制端Ql的基极。端提供了一个参考 电压，标称值与端相同。、端可以一起作为差分放大器的偏置。参数计算NE565压控振荡器的自由振荡频率用外接电阻R1和外接电容Cl调节，近似关系式为f0 = 4RC11当输入电压幅度Vin200mVp-p时，鉴相器工作在限幅状态，环路的锁 定范围可以用下式计算，3H二2K0KdA06emax(548)Kd1