【正文】 移范圍，因而無(wú)法利用窄帶特性來(lái) 過(guò)濾噪聲與干擾。環(huán)路主要是利用環(huán)路濾波器的低通特性來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)載頻上的窄帶帶通特性的，這比制作普通的窄帶帶通濾波器要容易得多。由于鎖相環(huán)的這一良好的頻率鎖定特性，它在自動(dòng)頻率控制和頻率合成技術(shù)方面獲得了廣泛的應(yīng)用。右邊第二項(xiàng)是閉環(huán)后 VCO 受控制電壓 ()cut作用引起振蕩頻率 v? 相對(duì)于固有振蕩頻率 o? 的頻差0()v??? 。 （ 3） 該方程是在無(wú)噪聲干擾和環(huán)內(nèi)參數(shù)為常數(shù)的條件下推導(dǎo)出來(lái)的。 假設(shè)鑒相器輸入?yún)⒖夹盘?hào)是振幅為 rU ，角頻率為 r? ，一載波位 rt? 為參考的瞬時(shí)相位為 ()rt? 的正弦信號(hào)：壓控振蕩器輸出信號(hào)是振幅為 0U ，固有角頻率為 0? ，以其固有振蕩相位 0t? 為參考的瞬時(shí)相位為 0()t? 的正弦信號(hào)。在環(huán)路鎖定時(shí)鑒相器兩輸入端的信號(hào)頻率相同，即 dr ff? 2— 15 df 是 VCO 輸出頻率 0f 經(jīng)過(guò) N 次分頻后得到的，即 Nffd 0? 2— 16 所以輸出頻率 rNff ?0 2— 17 是參考頻率 rf 的 N 倍 fd fr PD LF VCO fo 247。鎖定后兩信號(hào)之間的相位差表現(xiàn)為一固定的穩(wěn)態(tài)值。 由于其三個(gè)基本器件的工作原理，整個(gè)鎖相環(huán)的原理可被分析。 （ 5） 控制特性 希望輸出頻率 )(tv? 隨控制電壓 )(tuc 的變化盡可能是線(xiàn)形的。 （ 2） 頻偏范圍 是 VCO 受控制電壓 )(tuc 調(diào)整的最大頻率偏移量，它直接決定PLL 的捕獲范圍 （ 3） 頻率穩(wěn)定度 在頻率合成中頻率穩(wěn)定度是極端重要的。 21 1 1 2( ) ( 1 ) [ ( 1 ) ]1RR A C R A R CAt = + + = + ++ 222( 1 )1R A C R CAt = + =+ 2— 9 壓控振蕩器 壓控振蕩器是一個(gè)電壓 頻率變換器，它的輸出頻率受控制電壓 Uc(t)的控制，使壓控振蕩器的頻率向參考信號(hào)的頻率接近，也就是使差拍頻率越來(lái)越低，直至消除頻率差鎖定。 （ b） 有源積分濾波器 R1 C R2 ??tVc ??tVd R1 R2 C ??tVc + ??tUd RC 積分濾波器 （ a） Ud(t) F(p) Uo(t) Ud(s) F(s) Uo(s) (a)時(shí)域模型 (b) 頻域模型 圖 2— 4 西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 11 無(wú)源積分濾波器由線(xiàn)性元器件電阻，電容組成。更重要的是它對(duì)環(huán)路參數(shù)調(diào)整起著決定性的作用。 設(shè)壓控振蕩器輸出信號(hào)為 0 0 0 0( ) c os [ ( ) ]u t U t t???? 2— 2 把 輸入瞬時(shí)相位寫(xiě)成 0 0 0 1( ) ( ) [ ( ) ( ) ] ( )r r r rt t t t t t t? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 2— 3 輸出瞬時(shí)相位寫(xiě)成 0 0 0 2( ) ( )t t t t? ? ? ?? ? ? 2— 4 LF Ud(t) Ur(t) Uo(t) 圖 2— 2 正弦鑒相模型 西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 則鑒相器輸出電壓為 0 1 0 0 2( ) sin[ ( ) ] c os[ ( ) ]d m ru t K U t t U t t? ? ? ?? ? ? 0 0 1 2 0 1 211s in [ 2 ( ) ( ) ] s in [ ( ) ( ) ]22m r m rK U U t t t K U U t t? ? ? ? ?? ? ? ? ? 2— 5 mK 為乘法編輯器的系數(shù)，濾掉 02? 成分后 ( ) sin ( )d d eu t U t?? 2— 6 此即鑒相器的特性，其特性曲線(xiàn)如下： 鑒相器的技術(shù)指標(biāo)有：新增雜散﹑鑒相增益﹑鑒相曲線(xiàn)以及鑒相器的鑒頻功能等。它把輸出信號(hào) Uo(t) 和參考信號(hào) Ur(t)的相位進(jìn)行比較，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于兩信號(hào)相位差的誤差電壓信號(hào) Ud(t)?；炬i相環(huán)是一個(gè)全反饋系統(tǒng)，它的反饋信號(hào)等于輸出信號(hào)。分別敘述了構(gòu)成環(huán)路的三個(gè)基本部件的功能 ﹑模型﹑特性﹑及基本技術(shù)指標(biāo)。 4 門(mén)限性能好。 2 良好的窄帶載波跟蹤特性。目前，鎖相環(huán)路的理論研究正日臻完善，應(yīng)用范圍遍及整個(gè)電子技術(shù)領(lǐng)域。到70 年代林特塞（ Lindscy）和查利斯 (Charles)進(jìn)行了有噪聲的一階，二階及高階鎖相環(huán)路的非線(xiàn)性理論分析，并作了大量時(shí)間以充實(shí)理論分析。 1947 年，鎖相環(huán)第一次應(yīng)用于電視接收機(jī)水平和垂直掃描的同步系統(tǒng)中。 西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 鎖相技術(shù)的發(fā)展概況和特點(diǎn) 鎖相技術(shù)發(fā)展概況 鎖相技術(shù)是實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)控制的一門(mén)科學(xué)。這種頻率合成方法的主要優(yōu)點(diǎn)是分辨率高﹑容易做到極低 的頻率，幾乎是即時(shí)的頻率轉(zhuǎn)換以及成本低﹑ 控制靈活等。其主要缺點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。鎖相技術(shù)雖然發(fā)明較早，但由于其性能較好，同時(shí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，價(jià)格也較合理，它仍是國(guó)際上采用最廣泛的頻率合成技術(shù)。 鎖相式頻率合成以鎖相環(huán)為基礎(chǔ)，使得輸出頻率以輸入頻率的倍數(shù)進(jìn)行變化。直接頻率合成能實(shí)現(xiàn)快速頻率 變換﹑幾乎任意高的頻率分辨力﹑低相位噪聲以及所有方法中最高的工作頻率。 隨著通信技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)以及雷達(dá)、制導(dǎo)、測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，對(duì)其關(guān)鍵部分 — 頻率源的指標(biāo)提出了更高的要求。這里的技術(shù)處理方法，可以是傳統(tǒng)的用硬件實(shí)現(xiàn)頻率的加﹑減﹑乘﹑除等基本運(yùn)算，可以是鎖相技術(shù) ，也可以是各種數(shù)字技術(shù)和計(jì)算技術(shù)；這里的參考頻率可由高穩(wěn)定的參考振蕩器（一般為晶體震蕩器）產(chǎn)生；所生成的一系列離散頻率輸出與參考振蕩器頻率有嚴(yán)格的比例關(guān)系，且具有同樣的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。 關(guān)鍵詞 ：頻率合成器 鎖相環(huán)路 環(huán)路濾波器 壓控振蕩器 相位噪聲 西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 ABSTRACT Aiming at the scheme is to design and realize frequency synthesizers, which must meet high expectation for the phase noise characteristic and the spurious repression characteristic of the output clock signal. These frequency synthesizers provide the moving of the basic signal generating modules to radio frequency with stable inspiring source. Phase Locked Loop technique offers a way to solve this problem. On basic of researching the technique of frequency synthesis and the principle of Phase Locked Loop, this article analyzes the output signal whose noise characteristics depends on the each part of PLL, and designs a scheme to realize the frequency synthesizers using the high performance chips(PE3336) with integrated prescalers and phase detectors. Key words: frequency synthesizer phaselocked loop loop filter Voltage controlled oscillator phase noise 西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 第一章 緒 論 頻率合成技術(shù)簡(jiǎn)介 隨著電子 技術(shù)的發(fā)展，要求信號(hào)的頻率越來(lái)越準(zhǔn)確和穩(wěn)定，一般振蕩器已不能滿(mǎn)足要求，于是出現(xiàn)了高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的晶體振蕩。西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 摘 要 本課題的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)參考頻率是 10MHZ,輸出頻率是 的頻率可控的鎖相式頻率合成器。 本文在研究頻率合成技術(shù)和鎖相環(huán)基本原理的基礎(chǔ)上，分析了鎖相式頻率合成器組成電路中各部件對(duì)環(huán)路輸出信號(hào)的影響，設(shè)計(jì)了以一個(gè)高性能的集成鎖相環(huán)頻率合成器芯片 PE3336 為基礎(chǔ)的鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)頻率合成 的方案。它的主要功能是從一個(gè)高穩(wěn)定和高準(zhǔn)確的參考頻率，經(jīng)過(guò)一定的技術(shù)處理方法，生成一系列高穩(wěn)定度，高準(zhǔn)確度的離散頻率。新的方法使用一個(gè)晶體振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)參考源，通過(guò)分頻，混頻和倍頻來(lái)得到更多 的頻率。 直接式頻率合成是最早的頻率合成方法，主要是采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的加﹑減﹑乘﹑除等基本運(yùn)算，它是諧波發(fā)生器﹑濾波器﹑倍頻器和混頻器的組合，由一個(gè)或多個(gè)參考頻率來(lái)合成某個(gè)特定的頻率。直接合成技術(shù)還有一個(gè)缺點(diǎn)就是容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量。而且隨著數(shù)字技術(shù)和 VLSI 技術(shù)的發(fā)展，鎖相環(huán)路也由原來(lái)的模擬鎖相環(huán)發(fā)展為數(shù)字式、集成化的鎖相環(huán)，性能有了進(jìn)一步的提高。此外，鎖相式頻率合成器還具有好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度，短期頻率穩(wěn)定度和低噪聲跟蹤特性。它使用穩(wěn)定的參考時(shí)鐘源規(guī)定抽樣時(shí)間，直接產(chǎn)生數(shù)字正弦抽樣值，最后經(jīng)濾波平滑輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)性能要求，組合應(yīng)用這些基本方法，從而能得到性能更好的頻率合成器。1932 年，貝爾賽什（ Bellescize）第一次公開(kāi)發(fā)表了鎖相環(huán)路的數(shù)學(xué)描述，用鎖相環(huán)路提取相干載波來(lái)完成同步檢波。在 60 年代，維特比（ Viterbi）研究了無(wú)噪聲鎖相環(huán)路的非線(xiàn) 性理論問(wèn)題，并發(fā)表了《相干通信原理》一書(shū)。 鎖相環(huán)能得到廣泛應(yīng)用的另一個(gè)原因是目前已經(jīng)有許多價(jià)格便宜，性能良好的集成鎖相環(huán)部件及 通用和專(zhuān)用集成鎖相環(huán)。由于鎖相環(huán)路包含有一個(gè)固定積分環(huán)節(jié)，環(huán)路輸出無(wú)剩余穩(wěn)態(tài)頻差存在。鎖相環(huán)路中的壓控振蕩器輸出頻率可以跟蹤輸入信號(hào)的瞬時(shí)變化，表現(xiàn)了良好的調(diào)制跟蹤性能。環(huán)路集成化與數(shù)字化為減小體積，降低成本，增加可靠性，多用途提供了條件 西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 第二章 鎖相環(huán)工作原理 本章首先闡明了鎖相環(huán)的基本原 理和構(gòu)成。 圖 2— 1 基本鎖相環(huán)方框圖 由圖（ 2— 1）可見(jiàn)，鎖相環(huán)是一個(gè)反饋系統(tǒng)。 鑒相器 鑒相器是相位比較裝置，所以有時(shí)也叫做相位比較器或相敏檢波器。 設(shè)輸入信號(hào) ( ) sin[ ( ) ]r r r ru t U t t???? 2— 1 式中 rU 為輸入信號(hào)的振幅， r? 為輸入信號(hào)角頻率， ()rt? 為輸入信號(hào)以其載波相位 rt? 為參考時(shí)的瞬時(shí)相位。 環(huán)路濾波器 環(huán)路濾波器是一個(gè)線(xiàn)性低通濾波器，因而，它可以慮除誤差電壓 Ud(t)中的高頻分量和噪聲。如下是無(wú)源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器的電路 圖。1( ) 1() ( ) 1odV s sFs V s s tt+== + 2— 8 39。式（ 2— 12）就是壓控振蕩相位控制 特性的數(shù)學(xué)模型，改寫(xiě)成算子形式為 西安電子科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 )(1)(02 tupKt c?? 2— 13 若將上式兩邊取拉氏變換，則可得 ssUKs c )()(02 ?? 2— 14 或 sKsU sc 02 )()( ?? 為壓控振蕩器的傳遞函數(shù) 下圖給出了壓控振蕩器的時(shí)域和頻域模型： 2() ()0CUt tKP ????? ???? 2() ()0cUs sKs ????? ?