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1、 基于BU2614锁相环的调频发射系统利用锁相环技术产生一个失真度小、频率从30MHz到100MHz的可调的正弦波信号。根据频率的不同选择不同步进的标准频率。当信号处于较低频率时，选择步进为1KHz的标准频率，此时它的最小误差不大于0.8%；当信号在较高的频率段时，选择以25 KHz为标准频率，它的最小误差不大于0. 5%。3.1 压控振荡器方案论证与选择 方案1：采用分立元件构成。利用低噪声场效应管，用单个变容二极管直接接入振荡回路作为压控器件。图3-1 压控振荡电路电路是电容三点式振荡器，如图3-1所示。该方法实现简单，但是调试困难，而且输出频率不易灵活控制1。方案2：采用压控振荡器和变容
2、二极管，及一个LC谐振回路构成变容二极管压控振荡器。只需要调节变容二极管两端的电压，便可改变压控振荡的输出频率。由于采用了集成芯片，电路设计简单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高。综上所述，方案2具有更优良的物性和更简单的电路构成，所以使用方案2作为本次设计的方案。3.2 频率合成器的设计方案论证与选择 方案1:采用直接式频率合成器技术,将一个或几个晶体振荡器产生的标准频率通过谐波发生器产生一系列频率,然后再对这些频率进行倍频、分频或混频，获得大量的离散频率。其组成框图如3-2所示。直接式频率合成器频率稳定度高，频率转换时间短，频率间隔小。但系统中需要用大
3、量的混频器、滤波器等，体积大，易产生过多杂散分量，而且成本高、安装调试都比较困难。晶振谐波发生器分频器倍频器混频器fOut2fOut3fOut1图3-2 直接式频率合成方案2：采用模拟锁相式频率合成器技术，通过环路分频器降频，将VCO的频率降低，与参考频率进行鉴相。优点：可以得到任意小的频率间隔；鉴相器的工作频率不高，频率变化范围不大，较容易实现，带内带外噪声和锁定时间易于处理，频率稳定度与参考晶振的频率稳定度相同。缺点是分频率的提高要通过增加循环次数来实现，电路超小型化和集成化比较复杂2。方案3：采用数字锁相环式频率合成技术，由晶振、鉴频/鉴相（FD/PD）、环路滤波器（LPF）、可变分频器
4、（N）和压控振荡器（VCO）组成。组成框图如图5-1所示。利用锁相环，将VCO的输出频率锁定在所需频率上。此电路可以很好地选择所需频率信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器，采用大规模的集成芯片，与前两种方案相比可以简化频率合成部分的设计，有利于集成化和小型化。频率合成采用大规模集成PLL芯片BU2614，VCO选用MC1648； 综上所述，选择方案3即采用大规模PLL芯片BU2614和其他芯片构成数字锁相环式频率合成器。4 系统组成根据要求设计信号发生器，输出信号为正弦波。设计中采用锁相环式的频率合成技术，利用锁相环，使输出的正弦波频率与晶体振荡器的稳定度一样。控制部分采用单片机来完成，
5、利用数码管对频率进行显示并对频率值进行存储。系统框图如图4-1所示数码显示频率AT89C51频率合成器BU2614低通滤波器压控振荡器键盘控制频率测量电路输出存储电路图4-1系统框图5 锁相环介绍5.1 锁相环的概念锁相环是指使高频振荡器的频率与基准频率的整数倍频率一致时所使用的电路。通常基准振荡器都使用晶体振荡器，所以高频振荡的频率稳定度与晶体振荡器相同。5.2 锁相环基本框图图5-1是锁相环的基本结构图，由VCO、相位比较器、基准频率振荡器、环路滤波器所组成的。在这里用表示基准频率振荡器频率，则表示VCO的频率。当压控振荡器的频率由于某种原因而发生变化时，必然相应地产生相位的变化。相位利用
6、低通滤波器把误差信号变成直流电压比较与从而产生误差信号PD鉴相器（PD）VCO（电压控制振荡器）环路滤波器基准振荡频率振荡频率随VR而变化Ud(t)C(t)UR(t)0 图5-1 PLL的基本结构图的变化在鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位相比较，使鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压分量C(t)。C(t)用来控制压控振荡器中的压控元件参数，一般指的是变容二极管，而这压控元件又是VCO振荡回路的组成部分，结果压控元件电容量的变化将VCO的输出频率又拉回稳定值来。这样，VCO的输出频率稳定度即由参考晶体振荡器所决定。由频率与相位的关系可知，瞬时频率与瞬时相位的关系是：（t）= (5.1)=
7、+ (5.2)式中的为初始相位，为瞬时频率。由上面讨论可知加到鉴相器的两个振荡信号的频率差为： (5.3)为参考晶体振荡器的频率， 压控荡频率。此时的瞬时相位差为=+ (5.4)当两个振荡器的频率相等时它们的瞬时相位差是一个常数，即：= (5.5)（t）= =0 (5.6)亦即当两个振荡频率相等时，有相位差，无频率差3。5.3 鉴相器的时序图当与 的关系为。也就是VCO振荡频率低于时的状态。此时相位比较器的输出PD，如图5-2所示，产生正脉冲信号，使VCO的振荡频率提高的信号。反之，当是产生负脉冲。这一PD脉波信号经过回路滤波器的积分，便可图5-2相位/频率比较器的动作以得到直流电压VR，可以
8、控制VCO电路。由于控制电压VR的变化，VCO振荡频率会提高。结果使得=在与的相位成为一致时，PD端子会成为高阻抗状态，使PLL被锁定(Lock)。5.4 捕捉带与通频带压控振荡器本来处于失锁状态时，由于环路的作用，使压控振荡频率逐渐向标准参考频率靠近，靠近到一定程度后，环路即能进入锁定。这一过程叫做捕捉过程。系统能捕捉最大的频率失谐范围称为捕捉带或捕捉范围。当环路已锁定后，如果由于某种原因引起频率变化，这种频率变化反映为相位变化，则通过环路的作用，可使VCO的频率和相位不断跟踪变化。这时环路即处于跟踪状态。环路所能保持跟踪的最大失谐频带称为同步带，又称为同步范围或锁定范围。6 单元电路的设计
9、6.1 压控振荡器压控振荡就是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。压控器件一般是用变容二级管，它的电容量受到输入电压的控制，当输入电压变化，就引起了起振荡频率的变化。因此，压控振荡器事实是一种电压频率变换器。它的特性可用瞬时振荡频率与控制电压C之间的关系曲线来表示，如图6-1所示。图上的中心频率是在没有外加控制电压时的固有频率。在一定范围内，与C之间是线性关系。在线性范围内，这一线性可用下列方程来表示。（t）=+KrC(t) (6.1) Kr是特性曲线的斜率，称为VCO的增益或灵敏度，量纲为rad/s.V,它表示单位电压所引起的振荡角频率变化的大小。0OC 图6-1 压控振荡器的特性曲线
10、6.1.1 压控振荡器MC1648MC1648是一个8引线双列直插的器件，内部电路图如图6-2所示。压控振荡电路由芯片内部Q8、Q5、Q4、Q1、Q7和Q6，10脚和12脚外接LC谐振回路组成正反馈的正弦振荡电路4，其振荡频率： （6.2）（6.3） 、分别为电感、电容大小，为变容二极管的电容量。图6-2 MC1648内部原理图6.1.2 压控振荡电路设计图6-3为压控振荡电路图。压控振荡器主要由压控振荡芯片MC1648和变容二图6-3 压控振荡电路极管MV209以及谐振回路构成。MC1648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路5。为达到最佳工作性能，在工作频率要求并联谐振回路的QL10
11、0。电源采用5V 的电压，振荡器的输出频率随加在变容二极管上的电压大小变化而变化。通过切换电源来切换电感量，从而改变振荡频率。 6.1.3 变容二级管与开关二级管切换电路 变容二极管变容二级管是一种特制的二级管，它的PN结电容变化范围比较大，正常工作时，变容二级管加反相电压，在其PN结上产生电荷存储，于是相当于一个电容，当反向电压改变时，变容二级管的结电容也发生相应的变化 6。变容二级管的结电容CVD和外加反向偏压UR的关系可用下式表示。（6.4） UR 是加在变容二极管的反向电压，CVD0为UR=0时 的结电容U0 是接触电位差；n是电容变化系数。 电感切换电路为了扩大频率的带宽，通过切换电
12、源来切换电感。图6-4是开关二级管切换频段电路图。当开S连接+5V时，开关二级管VD2截止，电感L1和L2相加，电感量较大，对应于低频段VL；当S接向地时，VD2导通，L2被大电容2000pF短接，电感只剩下L1，电感量较小，对应于高频段 7。图6-4 电感切换电路6.2 锁相环式频率合成器的设计6.2.1 BU2614的管脚图与内部组成BU2614为16管脚芯片，其管脚图如图6-5所示。管脚Xout与Xin为外接晶振管脚，一般接75KHz晶体，主要产生标准频率和时钟信号；CE、CLK和DA端分别为使能、时钟和数据输入端，PD为相位比较输出。图6-5 BU2614管脚图BU2614是一种串行码
13、输入的锁相频率合成器，它采用标准的I2C总路线结构，可以工作在整个FM波段，具有低噪声、低功耗、高灵敏度的特点，并具有中频检测功能。BU2614内部主要有相位比较器PD、可编程分频器、参考分频器、高稳定晶体振荡器及内部控制器组成。当单片机对BU2614送入一组数据， BU2614把接收到的数据与接收的信号频率进行比较后输出一个PD，该PD信号通过外部环路低通滤波后加在VCO上，通过VD的不断调整使VCO振荡频率锁定在与单片机送入数据相对应的频率上，实现频率锁定。在内部结构中，移位锁存器作用是把单片机送来的32位串行数据送入锁存器后进行串并转换，其中16位控制可编程分频器，3位控制参考分频器，其余为内部控制字。可编程分频器按照16位数据的控制要求，把 focs振荡频率信号经过参考分频之后
