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锁相环数字频率合成器 摘要 频率合成技术是近代射频微波系统的主要信号源。目前广泛采用是数字式频率合成器，一般由晶体振荡器、分频器、鉴相器、滤波器和VCO）（压控振荡器）等组成，将晶体振荡器输出的频率信号分频得到标准信号，然后与VCO输出的频出的频率信号在鉴相中进行相位比较，产生环路锁定控制电压，该电压通过滤波器加到VCO上，使对VCO输出的信号进行控制和较正，直到环路被锁定为止。 关键词 锁相环 频率合成器 1引言分析了数字锁相环中,各环路参数对频率合成器技术的指标的影响,介绍了含有微波混频单元的锁相方案,该方案可提高环路参数的一致性,并给出了利用这种方法实现频率合成器的实例。 2 方案设计及论证 方案一 基本单环锁相频率合成器 …. 图1 基本单环锁相频率合成器框图 图中晶体振荡器产生高稳定性的标准频率fs ，由于鉴频器器PD的工作频率较低，所以标准频率fs经固定分频器除R分频后得到鉴相器所需的基准频率fr。压控振荡器VCO的输出频率f0经程序分频器除N分频后得到fv,fr与fv在鉴相器中进行相位比较，当环路进入锁定状态后，fr=fv,所以压控振荡器的输出频率f0=Nfv=Nfr程序分频器的分频比N的数值，可由编程输入不同的频率代码改变，这样合成器输出的频率f0就有N个频率，频道间的频率间隔为基准频率fr。 方案二 锁相式数字频率合成器 VCO输出 图 2锁相式数字频率合成器电路框图 图中的相位比较器与压控振荡器VCO由锁相环的LM4046组成。1/N分频电路是一个三级可预置数分频器，各级都采用可预置数BCD码同步1/N制计数器MC14552，每级的分频比可由单片机去控制，也可用4位小型拨动开关8421BCD形式对该级计数器进行预置数，分频比可选择的范围为0~999，总共可生成999个频率点，它是构成锁相式数字频率合成器的主要单元电路，称之为程序分频器TN 按所需的分频比N，预先输入百位、十位和个位的数据后，给4046锁相环比较器Ⅱ（第14引脚PD11），输入频率为fR的方波信号UR；压控振荡器产生频率为f0的输出信号U0，经程序分频器TN后，得到频率为fV的比较信号UV，送至相位比较器Ⅱ（第3引脚PD12)。这两个信号在相位比较器Ⅱ中进行比较，当锁相环锁定后，可得到；fR=fV其中fV=f0/N 代入得：fR=f0/N即：f0=N*fR由此可知，当fR固定不变，改变三级程序分频器的分频比N，VCO的输出振荡频率（也就是频率合成器的输出频率）f0就会得到相应地改变。 论证 由于方案二采用了数字式调节比较方便、范围大、频率宽、灵敏度高，精度比较准确，而方案一采用的是单环：采用倍频频率范围窄，精度不难，故采用方案二锁林式数字频率合成器。 单元电路设计 晶体振荡器 图1 晶体振荡器 该电路采用两个74LS00TT2“与非”门振荡频率可达18MHZ。两个820欧姆电阻必须根据所选取的振荡频率精心调整确定。 4.2 分频器 图 2 分频器 4.2系统电路设计 5.调试方法 5.1准备工作 1。在实验箱上找到本次实验所用的单元电路，认清各个器件的功能的作用。其中SW801、SW802、SW803分别为程序分频的预置数的拨动开关（向上置“1”，向下置“0”），开关SW804用以选择R、C元件，以确定自由振荡的频率。 按前述的实验步骤开户电源，按下+12V总电源开关K2，数字信号发生器实验单元电源开关K000和本实验单元开关K000。 5.2基本锁相环的观察 短接K801-2，将数字信号发生器单元的1K方波信号输入至锁相环U801的输入端通过开关SW804接入适当的电阻和电容，用示波器频率计临监视输入方波波形，并记录之。 在TP801和TP802处应能观测到同频同宽，但不一定同相的波形。 5.3 观察锁相式数字频率合成器 通过对SW801、SW802、SW803三个拨动开关的操作，设置任意一个分频比N，并适当接入部分阻容值，可观测到基本锁相环压控振荡器输出的跟踪波形，记录并绘出波形图。 改变分频比N，并通过开关SW804接入适当的电容，以保持适当的时间常数。再重复1的步骤。 小结 锁相环数字频率合成器结果表明在滤波器带宽和VCO的载波最大变化范围内，可产生多个