鎖相頻率合成器的設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

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1、鎖相頻率合成器的設(shè)計(jì)第一章頻率合成器概述1.1頻率合成器的概念及其發(fā)展所謂頻率合成，又稱(chēng)頻率綜合，簡(jiǎn)稱(chēng)頻綜，是由一個(gè)（或幾個(gè)）具有低相噪、高精度和高穩(wěn)定度等綜合指標(biāo)的參考頻率源經(jīng)過(guò)電路上的混頻、倍頻或分頻等信號(hào)處理，以便對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)意義上的加、減、乘、除等四則運(yùn)算，從而最終產(chǎn)生大量具有同樣精確度與穩(wěn)定度的頻率源[1]。頻率合成技術(shù)起源于二十世紀(jì)三十年代，至今已有近七十年的歷史。頻率合成器是電子系統(tǒng)的心臟，是決定電子系統(tǒng)性能的關(guān)鍵設(shè)備，隨著現(xiàn)代軍事、國(guó)防及無(wú)線通信事業(yè)的發(fā)展，移動(dòng)通信、雷達(dá)、制導(dǎo)武器、電子測(cè)量?jī)x器和電子對(duì)

2、抗等電子系統(tǒng)對(duì)頻率合成器提出了越來(lái)越高的要求。世界各國(guó)都非常重視頻率合成器的研究與應(yīng)用，低相位噪聲、高純頻譜、高速捷變和高輸出頻段的頻率合成器已經(jīng)成為頻率合成發(fā)展的主要趨勢(shì)。對(duì)于頻率合成器，主要有六項(xiàng)性能指標(biāo)：頻率范圍、頻率分辨能力、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、頻率準(zhǔn)確度和頻率的穩(wěn)定度、相位噪聲、頻譜純度。這六項(xiàng)指標(biāo)影響著整個(gè)頻率合成器的方案論證，成本估算，體積考慮和功耗等方面。其中相位噪聲，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間為最的關(guān)鍵指標(biāo)。這六項(xiàng)指標(biāo)為是設(shè)計(jì)頻率合成器的最基本的依據(jù)[7]。隨著數(shù)字信號(hào)理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，在頻

3、率合成領(lǐng)域誕生了一種革命性的技術(shù)，這便是二十世紀(jì)七十年代出現(xiàn)的DDS(DirectDigitalSynthesis)——直接數(shù)字頻率合成技術(shù)。1971年，J.Tierney和C.M.Rader等人在數(shù)字頻率合成器一文中首次提出了一種新型的頻率合成技術(shù)——數(shù)字頻率合成(DDS)的概念[3]。從而揭開(kāi)了頻率合成技術(shù)發(fā)展的新篇章，這標(biāo)志著頻率合成技術(shù)邁進(jìn)了第三代。DDS技術(shù)是利用數(shù)字方式累加相位，再以相位和來(lái)查詢(xún)正弦函數(shù)表得到正弦波的離散數(shù)字序列，最后經(jīng)D/A變換形成模擬正弦波的頻率合成方法。DDS頻率合成技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是具有輸

4、出頻率相對(duì)帶寬高，頻率分辨率高，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間快，頻率變化時(shí)相位保持連續(xù)，任意形狀的周期信號(hào)均可以合成，同時(shí)輸出正交信號(hào)的能力，數(shù)字調(diào)制能力強(qiáng)，集成度高，體積小，控制方便，便于與計(jì)算機(jī)相連接。容易實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻和其他各種頻率﹑相位﹑第16頁(yè)共16頁(yè)幅度調(diào)制，輸出頻率的穩(wěn)定度及相噪等指標(biāo)與系統(tǒng)時(shí)鐘相當(dāng)，全數(shù)字化便于單片集成等優(yōu)良性能。因此在短短二三十年時(shí)間里，得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[6]。另外，有一種典型的頻率合成器稱(chēng)為混合式頻率合成器（HybridFrequencySynthesis），如前所述，PLL頻率合成技術(shù)具

5、有高頻率、寬帶、頻譜質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，但是其頻率切換速度低，只能達(dá)到微秒級(jí)。而DDS技術(shù)則具有高速頻率捷變能力（可以達(dá)到納秒級(jí)）、高度的頻率和相位分辨能力，但目前尚不能做到寬帶，頻譜純度也不如PLL。在設(shè)計(jì)電路時(shí)經(jīng)常要在帶寬、頻率精度、頻率切換時(shí)間、相位噪聲等要求中折衷考慮[2]。因此，出現(xiàn)了多種將兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)構(gòu)成DDS與PLL混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率合成的方案，DDS＋PLL頻率合成就是以DDS作為PLL的參考源驅(qū)動(dòng)PLL的一類(lèi)混合型頻率合成技術(shù).DDS有輸出步長(zhǎng)小而又有較高相噪的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)又有雜散較多的缺點(diǎn)。而PLL在輸

6、出步長(zhǎng)小時(shí)，相位噪聲差，但它對(duì)雜散的抑制性能良好。所以DDS與PLL兩種頻率合成技術(shù)結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相得益彰，是一種非常合理的頻率合成解決方案。因此DDS＋PLL頻率合成已經(jīng)成為目前使用最為廣泛的頻率合成技術(shù)之一[8]。1.2頻率合成技術(shù)近況及其展望近年來(lái)隨著GSM、GPRS、3G、BlueTooth乃至已經(jīng)提出標(biāo)準(zhǔn)的4G等移動(dòng)通信以及LMDS、無(wú)線本地環(huán)路等無(wú)線接入的發(fā)展，同時(shí)加上合成孔徑雷達(dá)、多普勒脈沖雷達(dá)等現(xiàn)代軍事、國(guó)防、航空航天等在科技上的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，世界各國(guó)都非常重視頻率合成器的發(fā)展。所有的這些社會(huì)需

7、求以及微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)等本身的不斷進(jìn)步都刺激了頻率合成技術(shù)的發(fā)展[3]。就鎖相環(huán)頻率合成方面而言，隨著各生產(chǎn)頻率合成芯片的公司如Qualcomm、ADI、NSC、Motorola、PSC及Cypress等相繼推出各自的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品，使得PLL頻率合成的發(fā)展表現(xiàn)出以下趨勢(shì)：1、頻率合成器芯片各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)大大提高。以PLL頻綜為例，如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的LMX243X頻綜芯片的噪聲基底已達(dá)到－219dBc/Hz，還有如美國(guó)PEREGEINE公司的PE3236，Qualcomm公司的Q3236等等性能優(yōu)良的頻

8、綜芯片；同時(shí)，PLL芯片的體積和功耗也越來(lái)越小；芯片的工作頻率越來(lái)越高，如ADI公司在Si片上生產(chǎn)的PLL頻率合成芯片已能工作到7GHz。第16頁(yè)共16頁(yè)2、鑒相器不再使用傳統(tǒng)的電壓型，而是采用電流型電荷泵技術(shù)，使得鑒相器的輸出變?yōu)檎`差電流而不是誤差電壓。電荷泵鎖相頻率源具有低功耗、高速、低抖動(dòng)、低成本等特點(diǎn)。理想的電荷泵具有無(wú)限