【正文】 由上面的公式可知， M和 A滿足以下關系 : M+1= 1050 AFin? (43) 這里 inF 為 ，對此不定方程 A=0， M =47比較適合我們的實際需要。 M計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入為最小值 1時， M計數(shù)器的分頻比為 20直接接口時 M計數(shù)器的輸入 M7和 M8被置為 O。實際上，輸出信號中存在不需要的頻率成分，主要來源于非線性器件產(chǎn)生的相干寄生信號和內(nèi)部電路所產(chǎn)生的非相干噪聲。高精度高穩(wěn)定度的晶體振蕩器所產(chǎn)生信號的頻率為 rf 將其作為鑒相器的輸入，當鎖定后頻率合成器輸出頻率 of 與晶體振蕩器參考頻 率 rf的關系為： rfRNf ?0 4— 1 輸入信號與輸出信號之間相位差保持不變，該相位差恒定又保持了兩個信號頻率滿足式（ 4— 1），從而實現(xiàn)所要求的穩(wěn)頻功能，在輸出端得到與晶體振蕩器同樣精度和穩(wěn)定度的離散頻率信號。 高通濾波特性 抑制輸入信號中的噪聲只是頻率合成器的任務之一。如環(huán)路用于接收機，則輸入端的信道白高斯噪聲是主要的噪聲源；環(huán)路用于頻率合成器時，主要噪聲源是 VCO 內(nèi)部噪聲和鑒相器的泄露。 （ 2） 根軌跡法 這種方法可以給出在系統(tǒng)增益 K 為不同值時，特征方程根在 s 平面上的軌跡 。 3． 3 鎖相環(huán)路的穩(wěn)定性分析 以上分析的都是鎖相環(huán)路的穩(wěn)態(tài)特性，既假設了環(huán)路工作具有絕對的穩(wěn)定狀態(tài)。故我們只討論理想二階環(huán)（即高增益二階環(huán)）的情況。鎖相環(huán)路的線性相位模型如圖（ 3— 1）所示。 從上面的介紹可以看到，鎖相環(huán)具有很多良好的特性，但在某些方面它還存在著一些問題需要解決： 問題之一是，由于輸出頻率只能按照參考頻率的整數(shù)倍進行變化。環(huán)路可以在保持窄帶特性的情況下跟蹤輸入載波頻率的漂移。 （ 2） 該方程是一個非線形微分方程，造成環(huán)路 非線形的部件是鑒相器。 目前，鎖相環(huán)中廣泛采用集成 VCO。如下是無源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器的電路 圖。 圖 2— 1 基本鎖相環(huán)方框圖 由圖（ 2— 1）可見，鎖相環(huán)是一個反饋系統(tǒng)。 鎖相環(huán)能得到廣泛應用的另一個原因是目前已經(jīng)有許多價格便宜，性能良好的集成鎖相環(huán)部件及 通用和專用集成鎖相環(huán)。它使用穩(wěn)定的參考時鐘源規(guī)定抽樣時間，直接產(chǎn)生數(shù)字正弦抽樣值，最后經(jīng)濾波平滑輸出。 直接式頻率合成是最早的頻率合成方法，主要是采用硬件來實現(xiàn)頻率的加﹑減﹑乘﹑除等基本運算，它是諧波發(fā)生器﹑濾波器﹑倍頻器和混頻器的組合，由一個或多個參考頻率來合成某個特定的頻率。西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 1 摘 要 本課題的任務是設計一個參考頻率是 10MHZ,輸出頻率是 的頻率可控的鎖相式頻率合成器。直接頻率合成能實現(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。這種頻率合成方法的主要優(yōu)點是分辨率高﹑容易做到極低 的頻率，幾乎是即時的頻率轉(zhuǎn)換以及成本低﹑ 控制靈活等。目前，鎖相環(huán)路的理論研究正日臻完善，應用范圍遍及整個電子技術(shù)領域?；炬i相環(huán)是一個全反饋系統(tǒng)，它的反饋信號等于輸出信號。 （ 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)時域模型 (b) 頻域模型 圖 2— 4 西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 11 無源積分濾波器由線性元器件電阻，電容組成。 由于其三個基本器件的工作原理，整個鎖相環(huán)的原理可被分析。 （ 3） 該方程是在無噪聲干擾和環(huán)內(nèi)參數(shù)為常數(shù)的條件下推導出來的。普通帶通濾波器的頻率特性是固定的，為了能接受載頻漂移的輸入信號與干擾，濾波器的通頻帶帶寬必須考慮漂移范圍，因而無法利用窄帶特性來 過濾噪聲與干擾。為了提高頻率合成器的頻率分辨率就必須減 小 rf ,然而這與轉(zhuǎn)換時間短的要求是矛盾的。 西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 20 這時，鑒相器輸出電壓是輸入信號間相位差的 線性函數(shù)， 即 ( ) ( )d d eu t K t?? 3— 1 進而可得線性化的環(huán)路微分方程為： 10( ) ( ) ( ) ( )e d ep t p t K K F p t? ? ??? 3— 2 或 1( ) ( ) ( ) ( )eep t p t K F p t? ? ??? 3— 3 式中 0 dK KK? 稱為環(huán)路增益。 閉環(huán)頻 率響應 用 sj??代入理想二階環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù) ()Hs= 2222 2 nnnnsss?? ??? ???? 3— 9 就可得到它的閉環(huán)頻率響應 ??tVd R R C ??tVc R1 C R2 ??tVc ??tVd R1 R2 C ??tVc + RC 積分濾波器 無 源比例積分濾波器 西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 24 2222() 2nnnnjHj j?? ?? ?????? ? ? ? ? 3— 10 引入?yún)⒘? nX??? 則 212() 12jXHj X j X? ???? ?? 3— 11 其模為 222 2 214() (1 ) 4XHj XX? ???? ?? 3— 12 其相位為 1122a r g ( ) 2 1 ( )nnnH j tg tg ??? ???? ??? ? ? ?? 3— 13 據(jù)此做出閉環(huán)頻率特性曲線，如圖（ 3— 3） （ a） 西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 25 （ b） 圖 3— 3 理想二階環(huán)的閉環(huán)頻率特性（ 211() sFs s???? ，nx ??? ） （ a） 幅頻特性 （ b） 相頻特性 由圖可見，理想二階環(huán)對輸入相位信號 1()t? 的頻譜 1()j? ? 來說，相當于一個低通濾波器。而實際工作中，鎖相環(huán)路作為一種反饋控制系統(tǒng)，不可 避免地存在不穩(wěn)定的潛在因素。根據(jù)軌跡是在左半平面還是在右半平面，判斷其是否穩(wěn)定。在此，主要討論環(huán)路對鑒相器輸入加性噪聲和壓控振蕩器加行噪聲的抑制特性。因為環(huán)路的輸入?yún)⒖夹盘柺怯删w振蕩器提供的信噪比較高的信號，所以對環(huán)路等效噪聲帶寬的要求不占主要地位。 頻率合成器的主要性能指標 （ 1） 頻率范圍 頻率范圍是指頻率合成器輸出 maxmin ~ ff 之間的變化范圍，也可定義為頻率覆蓋系數(shù) m in0m ax0 / ffk ? 表示，當頻率覆蓋系數(shù) k2~3 時，整個頻段可以劃分幾個分頻段（每個分頻段采用獨立的環(huán)路濾波器與壓控振蕩器），頻率覆蓋系數(shù)表示為 k1， k2， k3 ?，在頻率合成器中，分頻段的頻率覆蓋系數(shù)一般取決于 VCO 的頻率覆蓋系數(shù)。這種寄生的噪聲信號頻譜可以是固定對稱在所選頻率兩邊，也可以是變化的。 (2 )參考分頻器通道 參考分頻器通道對參考頻率 rf 分頻獲得鑒相器的比較頻率 cf ， cf 是 6bitR 計數(shù)器的輸出。到此，就確定了置碼值，表示成二進制，即下表所列。 確定直接方式的置碼 綜合考慮采用 1OMHz的晶振作為 PE3336的 rf 信號，并采用 5MHz作為鑒相頻率比較合適，這樣就可確定 R為 1。 由上面 A的限制可知 :若要獲得連續(xù)信道， Fin必須大于或等于 90 ? ?? ?1/ ?Rfr 。它表征了輸出信號的頻譜純度，所謂頻譜純度是指輸出信號接近正弦波的程度。 西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 35 鎖相環(huán)路對高穩(wěn)定度的參考振蕩器（通常是晶體振蕩器）鎖定，環(huán)路串接可編程的程序分頻器，通過變成改變程序分頻器的分頻比 ，從而獲得 N/R 倍于參考頻率的穩(wěn)定輸出。調(diào)制頻率低的相位噪聲可較順利地通過，調(diào)制頻率高的相位噪聲將被衰減，即對隨機相位噪聲環(huán)路只讓輸入信號載頻附近的旁頻噪聲成分通過，而濾除遠離載頻的噪聲成分，其濾波性能取決于環(huán)路等效噪聲帶寬 BL。環(huán)路在不同應用場合 ，各種噪聲和干擾的強度及其所造成的后果不同。 （ 1） 古典直接求解 這在一般情況下很復雜，只有當特征方程已知且比較簡單時采用。 環(huán)路誤差頻率特性具有高通性質(zhì)，可以理解為：當環(huán)路輸入相位的變化頻率西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 28 （調(diào)制頻率） ? 很低時，由于輸出相位能夠良好地跟蹤輸入相位的變化，因而環(huán)路的誤差相位很??；而當調(diào)制頻 率很高時，環(huán)路跟蹤能力減弱， ()et? 加大，輸出相位不能跟蹤輸入相位變化，結(jié)果輸入相位 ()rt? 完全轉(zhuǎn)變?yōu)檎`差相位，( ) 1Ej? ? ，環(huán)路誤差相位中有輸入相位的高頻成分而濾除了低頻成分，即環(huán)路相對于誤差相位信號相當于一個高通濾波器。因為實際中的鎖相環(huán)通常滿足 nK ??? 的條件，所以采用無源比例積分濾波器的二階環(huán)的傳遞函數(shù)與理想二階環(huán)的傳遞函數(shù)相似。 所以只要將鑒相器線性化就可視環(huán)路為線性系統(tǒng)，而當鎖相環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時，鑒相器兩個輸入信號的相位差很小，鑒相器的工作特性近似線性。對于輸入端的高斯白噪聲而言，鎖相環(huán)路對其起到低通濾波的作用；而對于 VCO 噪聲，環(huán)路對其起到高通濾波的作用。二是跟蹤。 為了適應鑒相器同頻比相的需要，現(xiàn)統(tǒng)一以壓控振蕩器固有振蕩相位 0t? 為參考，將輸入?yún)⒖夹盘査矔r相位改寫為： 0 0 0 1( ) ( ) [ ( ) ( ) ] ( )r r r rt t t t t t t? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 2— 18 式中 ? ? ? ? ? ? ? ?ttttt rrr ?????? ?????? 001 2— 19 ??tr? ??t0? ??te? ??tVd ??tVc ??t0? ??pF PK0 ??.sindk 圖 2— 8 鎖相環(huán)路相位模型 西安電子科技大學本科畢業(yè)論文 15 由環(huán)路相位模型可得到方程式： 1 0 1 0 1 0( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )cde u t u tt t t t K t K F ppp? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 10 1( ) ( ) s i n ( )det K K F p tp???? 2— 20 對上式兩端求微分并以算子 p 的形式表示為： 10( ) ( ) ( ) sin ( )e d ep t p t K K F p t? ? ??? 2— 21 式（ 221）是環(huán)路的基本微分方程，針對此方程需要說明以下三點： （ 1） 由于 PLL 是傳遞相位的閉環(huán)系統(tǒng)，其內(nèi)流動的信息是相位，故只要研究相位模型或基本方程就可以獲得該系統(tǒng)的全部性能。 ? 與 ? 過大或過小都會使環(huán)路性能變壞。 環(huán)路濾波 器分為無源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器，其作用是濾除誤差電壓 Ud(t)中的高頻成份和噪聲分量，以保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 2． 1 鎖相環(huán)的構(gòu)成 鎖相環(huán)（ PLL）的基本組成 工程實踐中使用的鎖相環(huán)是各種各樣的，但無論多么復雜的鎖相環(huán)都包括鑒相器（ PD— Phase Detector）﹑環(huán)路濾波器（ LF— Loop Filter）﹑以及壓控振蕩器（ VCO— Voltage Controlled Oscillator）這三個基本部件由這三個部件組成的鎖相環(huán)如圖 所示，我們稱之為基 本鎖相環(huán)。 鎖相環(huán)之所以能得到廣泛的應用，是因為它具有獨特的窄帶跟蹤性能，能完成頻率合成﹑調(diào)制解調(diào)﹑同步提取﹑測速測距﹑微量頻率變換等任務。這種方法與以往的頻率合成方法有很大區(qū)別，它是從相位概念出發(fā)直接合成所需要波形的一種新型的頻率合成方法。于是出現(xiàn)了一些新的頻率合成方法，其中常用的三種分別是直接式頻率合成（ DS），鎖相式頻率合成（或稱間接頻率合成 IS）以及直接數(shù)字式頻率合成（ DDS）。它是對輸出時鐘信號的相位噪聲特性，雜散抑制特性等要求都很高的一種頻率合成器，