鎖相環(huán)的頻率合成器課程設(shè)計(jì)

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1、鎖相環(huán)的頻率合成器院系：信息工程學(xué)院班級(jí)：09通三姓名：譚長明學(xué)號(hào)：2009550824指導(dǎo)老師：蔣近摘要：二十一實(shí)際，隨著社會(huì)科技的發(fā)展與進(jìn)步，具有高穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度的頻率源已經(jīng)成為通信、雷達(dá)、儀器儀表、高速計(jì)算機(jī)及導(dǎo)航系統(tǒng)的主要組成部分。高性能的頻率源可通過頻率合成技術(shù)獲得。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，鎖相式頻率合成技術(shù)占有越來越重要的地位。由一個(gè)或幾個(gè)高穩(wěn)定度、高準(zhǔn)確度的參考頻率源通過數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)可獲得高品質(zhì)的離散頻率源。關(guān)鍵字：分頻鎖相環(huán)晶振計(jì)數(shù)器鑒相器一．設(shè)計(jì)要求1.1根據(jù)設(shè)計(jì)框圖設(shè)計(jì)出具體的實(shí)現(xiàn)電路1.2頻率穩(wěn)定度至少達(dá)到10-5/月的穩(wěn)定度；1.3輸出頻率從1KHz-

2、999KHz預(yù)置可調(diào)；1.4焊接系統(tǒng)電路并調(diào)試二．設(shè)計(jì)原理2.1鎖相環(huán)原理鎖相環(huán)(PLL)是構(gòu)成頻率合成器的核心部件。主要由相位比較器(PD)、壓控振蕩器(VCO)、環(huán)路濾波器(LP)和參考頻率源組成。鎖相環(huán)是一種利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)反饋控制電路。他的被控制量是相位，被控對(duì)象是壓控振蕩器。如圖1所示，如果鎖相環(huán)路中壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率發(fā)生變化，則輸入到相位比較器的信號(hào)相位θv(t)和θR(t)必然會(huì)不同，使相位比較器輸出一個(gè)與相位誤差成比例的誤差電壓Vd(t)，經(jīng)環(huán)路濾波器輸出一個(gè)緩慢變化的直流電壓Vc(t)，來控制壓控振蕩器輸出信號(hào)的相位，使輸入和輸出相位差

3、減小，直到兩信號(hào)之間的相位差等于常數(shù)。此時(shí)，壓控振蕩器的輸出信號(hào)頻率和輸入信號(hào)頻率相等，且環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。2.2鎖相環(huán)頻率合成器原理如圖2所示，鎖相環(huán)頻率合成器是由參考頻率源、參考分頻器、相位比較器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、可變分頻器構(gòu)成。參考分頻器對(duì)參考頻率源進(jìn)行分頻，輸出信號(hào)作為相位比較器參考信號(hào)?？勺兎诸l器對(duì)壓控振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻，分頻之后返回到相位比較器輸入端與參考信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)環(huán)路處于鎖定時(shí)有f1=f2，因?yàn)閒1=fr/M，f2=fo/N，所以有fo=Nfr/M。只要改變可變分頻器的分頻系數(shù)N，就可以輸出不同頻率的信號(hào)。2.3設(shè)計(jì)框圖：基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生電路鑒相器低通濾波

4、器壓控振蕩器可預(yù)置分頻電路三.提供材料：3.1數(shù)字瑣相環(huán)CD40463.28421編碼開關(guān)3.3晶體振蕩器100KHz3.4反相器CD40493.5計(jì)數(shù)器CD4518，CD4522等四.鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì)4.1集成鎖相環(huán)CD4046介紹單片集成鎖相環(huán)CD4046采用CMOS電路工藝，特點(diǎn)是電源電壓范圍寬(3～18V)，輸入阻抗高(約100MΩ)，動(dòng)態(tài)功耗小。在電源電壓VDD=15V時(shí)最高頻率可達(dá)1.2MHz，常用在中、低頻段。CD4046內(nèi)部集成了相位比較器Ⅰ、相位比較器Ⅱ、壓控振蕩器以及線性放大器、源跟隨器、整形電路等。相位比較器Ⅰ采用異或門結(jié)構(gòu)，使用時(shí)要求輸入信號(hào)占空比為50％

5、。當(dāng)兩路輸入信號(hào)的高低電平相異時(shí)，輸出信號(hào)為高電平，反之，輸出信號(hào)為低電平。相位比較器Ⅰ的捕捉能力和濾波器有關(guān)，選擇合適的濾波器可以得到較寬的捕捉范圍。相位比較器Ⅱ由一信號(hào)的上升沿控制，他對(duì)輸入信號(hào)的占空比要求不高，允許輸入非對(duì)稱波形，具有很寬的捕捉范圍。相位比較器Ⅱ的輸出和兩路輸入信號(hào)的頻率高低有關(guān)，當(dāng)14腳的輸入信號(hào)比3腳的比較信號(hào)頻率低時(shí)，輸出為邏輯"0"，反之則輸出邏輯"1"。如果兩信號(hào)的頻率相同而相位不同，當(dāng)輸人信號(hào)的相位滯后于比較信號(hào)時(shí)，相位比較器Ⅱ輸出的為正脈沖，當(dāng)相位超前時(shí)則輸出為負(fù)脈沖。而當(dāng)兩個(gè)輸入脈沖的頻率和相位均相同時(shí)，相位比較器Ⅱ的輸出為高阻態(tài)。壓控振蕩器需要外

6、接電阻R1，R2和電容C1。R1，C1是充放電元件，電阻R2起到頻率補(bǔ)償作用。VCO的振蕩頻率不僅和R1，R2以及C1的取值有關(guān)，還和電源電壓有關(guān)，電源電壓越高振蕩頻率越高。CD4046引腳和外圍電路圖如圖3所示。4.2設(shè)計(jì)實(shí)例本設(shè)計(jì)中參考頻率源選用COMS石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生2MHz的矩形脈沖信號(hào)，電路如圖4所示?？勺兎诸l器由集成四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161來完成。這里采用4片74LS161通過預(yù)置數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)可變分頻。為提高工作速度可采用圖5所示接法。利用同步方案最高可實(shí)現(xiàn)65536分頻。預(yù)制值=65536-N。經(jīng)過可變分頻后獲得的信號(hào)是窄脈沖信號(hào)，在輸出端可利用74

7、LS74對(duì)該信號(hào)進(jìn)行二分頻，以便獲得方波信號(hào)，從而滿足相位比較器I的占空比的要求。此時(shí)實(shí)際分頻系數(shù)變?yōu)?N。參考分頻器與可變分頻器采用同樣的電路，目的在于通過設(shè)置不同的分頻系數(shù)M，以實(shí)現(xiàn)不同的頻率間隔的需求。4.3.撥盤開關(guān)式1——999KHZ頻率合成器1、單片CD4522頻率合成器。CD4522是可預(yù)置數(shù)的二一十進(jìn)制1/N減計(jì)數(shù)器。其中D1-D4是預(yù)置端，Q1—Q4是計(jì)數(shù)器輸出端，其余控制端的功能如下：PE（3）=“1”時(shí)D1—D4值置進(jìn)計(jì)數(shù)