第八章锁相技术5-5(频率合成) 射频通信电路

8.7频率合成器功能：可以产生大量与基准参考频率源具有同样高精度和稳定度的离散频率信号主要用途：多信道收发信机的本振源主要指标：1.频率范围：fmin~fmax,频率覆盖系数minmaxffk2．频率间隔与信道总数chf3．转换时间4．噪声相位噪声寄生干扰本节主要内容:锁相频率合成器直接数字频率合成器8.7.1整数分频锁相频率合成器1.典型的锁相频率合成器（1）原理方框图电路结构特点：在简单的锁相环中插入可编程分频器基本工作原理：环路锁定时，进入鉴相器的两信号频率相等ororfffNfN信道间隔rchff频率稳定度——取决于参考频率rf（2）数学模型频率合成器的相位模型等效锁相环的相位模型1ocoAvNPVCO的控制特性VCO压控灵敏度NAAoo与简单锁相环相比：带有等效VCO的锁相环的闭环传递函数为：)(1)(1)(sAAANssAAANsHFdoFdoio对应的环路参数（以有源理想积分器为滤波器）：11NAAAdon121222NAAAdo结论：①环路带宽和阻尼系数均变小②应特别注意——当N在大范围内变化时，环路的动态性能变化很大频率合成器的模型输出应为o高频频率合成器碰到的问题高的输出频率低的可变程序分频器工作频率矛盾如何解决？()()ooiiNHsNHs比采用等效VCO锁相环路的闭环传递函数在幅度上扩大N倍则传递函数为：2.带高速前置分频器的锁相频率合成器结构特点:在可变程序分频器前加高速前置固定分频器K频率关系：orfKNf高速器件——VCO、÷K分频器rchKff频率间隔：问题：频率间隔扩大了K倍解决方法：加参考分频器÷K÷Krfrf结论——加高速前置分频器不是好方法！产生新问题——鉴相频率降低转换时间变长环路滤除VCO噪声能力变差环路带宽变窄3.带混频器的频率合成器实例：频率合成器指标——输出频率870～890MHz，信道间隔30KHz，信道数665个则：VCO频率：(870~890)(217.5~222.5)44oVCOffMHz参考频率：307.54rfKHz电路结构特点：①VCO后输出接倍频器4目的：实现高的输出频率目的：降低频率适应可变程序分频器②环路内插入一混频器混频器本振：1228.02250fMHzVCO输出：(217.5~222.5)VCOfMHz差频(5.5225~10.5225)fMHz程序分频器输入：程序分频器分频数：(5.225~10.5225)737~14030.0075N4.双模前置分频锁相频率合成器吞脉冲可变分频器特点：①两个可编程减法计数器÷N和÷A②一个高速双模分频器÷P/÷（P+1），其CP为VCO输出，其输出作为÷N、÷A的CP③一个模式控制逻辑电路双模前置分频器÷P/÷（P+1）模式控制逻辑电路÷N计数器÷A计数器主要部件：吞脉冲可变分频器（1）电路结构双模前置分频器÷P/÷（P+1）模式控制逻辑电路÷N计数器÷A计数器（2）工作原理①预置N、A（NA），双模分频比为÷（P+1），VCO开始输出②每输入（P+1）个VCO脉冲，双模分频器输出一个脉冲，使“A”和“N”程序计数器均减1③当“A”计数器减到0时，模式控制使双模变为÷P，且使“A”停止计数，此时VCO已输出（P+1）A个脉冲④“N”计数器从（N—A）继续做减法计数，当再送入（N—A）P个VCO脉冲后，“N”计数器到0，输出一脉冲到鉴相器PD⑤模式控制器使双模变为÷（P+1），“A”和“N”均置数，新一轮开始①只有双模分频器是高速器件，“N”和“A”均低速器件结论：②VCO总的分频数为吞脉冲可变分频器MNPA(1)()MAPNAP输出频率：orfMf优点：与带高速前置分频器方案相比频率间隔仍为，没有扩大rf吞脉冲锁相频率合成的集成电路芯片MC145152内部电路：晶体振荡器、参考分频器“N”和“A”计数器、控制逻辑电路鉴频鉴相器8.7.2分数频率合成器目的：减小频率间隔，但不降低鉴相频率锁相频率合成器orfNf当N为整数，则频率间隔chrff若N为小数，在鉴相频率不变条件下，而频率间隔是的分数倍chfrf小数分频器的实现思路采用了一个双模分频器分频比受控变化则在时间间隔T内的平均分频比是5.5在时间间隔T内50%时间按÷5分频50%时间按÷6分频频率合成器的输出频率则按参考频率的分数倍变化改变这个时间分配的百分数即改变了VCO的平均分频比小数分频频率合成器的原理方框图添加的关键部件：①双模分频器②累加器③当BCD全加器溢出时，作为换模信号送入双模分频器，双模分频器在持续时间内，分频值是÷（P+1）rf1④VCO在10个内共分频rf1.1.010)1(9PPPPffMrVCO⑤改变F值，可改变分频比，且频率以0.1的分辨率步进工作原理①初始双模分频器以÷P工作VCO输出为orfPf②累加器的CP为，每来一个CP，累加F（设F=0.1）rf8.7.3直接数字频率合成器（DDS）设计思路按一定的时钟节拍，从ROM中读出代表正弦幅值的二进制数，经过D/A变换并滤波，得到一个模拟的正弦波。改变读数的节拍频率或取点的个数，就可以改变正弦波的频率特点：①与锁相频率合成不同，不是闭环锁相技术②精确、无偏差、频率间隔可非常小、易于集成结构方框图各部件功能及关键量ROM——存放正弦波幅度值，地址线（P位）、输出线（M位）D/A与低通滤波器——将二进制正弦波幅度变为模拟值并滤波M位累加器——ROM的地址寄存器加法器A（N位）——频率字W寄存器R（N位）——时钟CP④对应任意一个频率字W，每接受一个CP，寄存器增加的相角是因此对应的输出频率是WN22WffNCPout2③每接受一个CP，地址计数器就增加了频率字W（设W＝1）所代表的相位值，则输出正弦波的周期为：N22NCPCPoutTTT22②累加器A、R作为ROM的地址寄存器，地址的变化速率是时钟，每次变化量是频率字W，地址寄存器R从0～溢出，相当于读ROM中正弦波一周。CPf①ROM中存有一个周期离散的二进制正弦波幅度值工作原理NCPoutfff2min输出正弦波频率为：直接数字频率合成器中的频率关系式NCPoutfff2min最低输出频率：（W=1）输出频率：频率变化方法：改变频率字W改变时钟频率（一般取定值）最小频率间隔（分辨率）2NchCPff最高输出频率：14CPff（保证采样点）WffNCPout2直接数字频率合成芯片AD7008结构图