【正文】 子技術(shù)領(lǐng)域，隨著通信及電子系統(tǒng)的飛速發(fā)展，促使集成鎖相環(huán)和數(shù)字鎖相環(huán)突飛猛進(jìn)，現(xiàn)在品種齊全繁多，提高系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性和小型化，目前仍朝著集成化，數(shù)字化，多用化方向迅速發(fā)展。查里斯進(jìn)行了有噪聲的一階，二階及高階鎖相環(huán)的非線性理論析,并作了大量實(shí)驗(yàn)論證分析。70年代：由于半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，使鎖相技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用于電子技術(shù)領(lǐng)域。由維特畢研究了無噪聲鎖相環(huán)路的非線性理論問題，并發(fā)表了相干通信原理。采用鎖相技術(shù)制作鎖相跟蹤接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)將深埋在噪聲中的衛(wèi)星發(fā)射的信號檢測出來。50年代：隨空間技術(shù)的發(fā)展，由杰費(fèi)將v0(t)相移π/2后作為同步檢波的參考信號vr(t)，從而即可實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波的解調(diào)，實(shí)現(xiàn)檢波。1．2 鎖相技術(shù)的發(fā)展概況30年代：鎖相技術(shù)起源，提出無線電調(diào)幅信號的鎖相同步檢波技術(shù)。雙環(huán)或多環(huán)鎖相式頻率合成器、DDS與鎖相式混合的頻率合成器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單片集成。頻率合成器在國外已經(jīng)發(fā)展得比較成熟, 形成了各種類型的鎖相式整數(shù)頻率合成器、鎖相式分?jǐn)?shù)頻率合成器、直接數(shù)字頻率合成器、雙環(huán)或多環(huán)鎖相式頻率合成器、DDS與PLL混合式頻率合成器等完整系列品種, 滿足了通信、數(shù)字電視等領(lǐng)域的需要, 形成了巨大的頻率合成器市場。相對于整數(shù)頻率合成器, 小數(shù)頻率合成器有精度高、相位噪聲低、調(diào)整時間短, 且參考信號泄漏小等優(yōu)點(diǎn)。小數(shù)頻率合成器支持高頻率的參考信號, 因此, 它的相位噪聲指標(biāo)好于整數(shù)頻率合成器。顯而易見, 在保持輸出信號頻率不變的情況下, 提高參考信號的頻率可以有效地降低輸出信號的相位噪聲。頻率合成器的一個重要指標(biāo)是相位噪聲。但是, 濾波器的帶寬越窄, 頻率合成器的調(diào)整時間就越長。在頻率合成器的設(shè)計(jì)中, 濾波器帶寬通常低于參考信號頻率的十分之一。鎖相式整數(shù)頻率合成器輸出信號的最小頻率間隔等于參考信號的頻率。鎖相式分?jǐn)?shù)頻率合成器的輸出信號頻率不必是參考信號頻率的整數(shù)倍, 而可以是參考信號頻率的小數(shù)倍, 因此稱為鎖相式分?jǐn)?shù)頻率合成器。達(dá)到穩(wěn)定后, 輸入信號和壓控振蕩器輸出信號之間的頻差為零, 相差不再隨時間變化, 誤差電壓為一固定值, 環(huán)路進(jìn)入“鎖定”狀態(tài)。在這種誤差電壓的控制下, 壓控振蕩器的頻率也在變化。構(gòu)成鎖相式整數(shù)頻率合成器的關(guān)鍵部分是鎖相環(huán), 它是一個相位誤差控制系統(tǒng), 通過比較輸入信號和壓控振蕩器輸出信號之間的相位差, 產(chǎn)生誤差控制電壓, 調(diào)整壓控振蕩器的頻率, 以達(dá)到與輸入信號同頻。通過改變分頻系數(shù)N, 壓控振蕩器就可以產(chǎn)生不同頻率的輸出信號, 而輸出信號的頻率是參考信號頻率的整數(shù)倍, 因此稱為整數(shù)頻率合成器。它是目前頻率合成器的主流, 可分為整數(shù)頻率合成器和分?jǐn)?shù)頻率合成器。因此, 鎖相式頻率合成器和直接數(shù)字式頻率綜合器受到各界關(guān)注, 并得到迅猛發(fā)展。鎖相式頻率合成器含有參考振蕩器與分頻器、可控分頻器、壓控振蕩器及鑒相器、前置分頻器等功能單元。DDS具有超高速的頻率轉(zhuǎn)換時間, 極高的頻率分辨率, 低的相位噪聲, 變頻相位連續(xù), 容易實(shí)現(xiàn)頻率、相位、幅度調(diào)制, 全數(shù)字化控制等突出優(yōu)點(diǎn), 已成為移動通信、衛(wèi)星定位、數(shù)字通信等系統(tǒng)中信號源的首選。限于當(dāng)時的技術(shù)和器件水平, 它的性能指標(biāo)不能與已有的技術(shù)相比, 故未受到重視。DDS技術(shù)是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術(shù), 具有頻率分辨率高、頻率變換速度快、相位可連續(xù)線性變化等優(yōu)點(diǎn), 在基于數(shù)字信號處理的現(xiàn)代通信頻率控制中已被廣泛采用。近年來, 直接數(shù)字頻率合成器(DDS)的出現(xiàn), 使頻率合成技術(shù)大大前進(jìn)了一步。因此, 直接合成模擬式頻率綜合器已逐漸被鎖相式頻率綜合器、直接數(shù)字式頻率綜合器取代。但用這種方法合成的頻率范圍將受到限制。直接合成模擬式頻率合成器是通過倍頻器、分頻器、混頻器, 對頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算, 得到各種所需頻率。以通信為代表的信息產(chǎn)業(yè)是當(dāng)代發(fā)展最快的行業(yè),因此, 頻率合成器也得到了較快發(fā)展, 形成了完善的系列品種, 市場需求也特別大。頻率合成器是從一個或多個參考頻率中產(chǎn)生多種頻率的器件。頻率合成的方法主要有三種：直接合成模擬式頻率合成、直接數(shù)字頻率合成和鎖相頻率合成。鎖相式頻率合成器設(shè)計(jì)第一章 概述1．1 頻率合成技術(shù)及其發(fā)展隨著通信、數(shù)字電視、衛(wèi)星定位、航空航天和遙控遙測技術(shù)的不斷發(fā)展, 對頻率源的頻率穩(wěn)定度、頻譜純度、頻率范圍和輸出頻率個數(shù)的要求越來越高。為了提高頻率穩(wěn)定度, 經(jīng)常采用晶體振蕩器等方法來解決, 但它不能滿足頻率個數(shù)多的要求, 因此, 目前大量采用頻率合成技術(shù)。通過對頻率進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算, 可從一個高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)頻率源, 產(chǎn)生大量的具有同一穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的不同頻率。它是現(xiàn)代通訊系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵電路, 廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、航空航天、遙控遙測以及高速儀器儀表等領(lǐng)域。頻率合成器的技術(shù)復(fù)雜度很高, 經(jīng)過了直接合成模擬式頻率綜合器、鎖相式頻率綜合器、直接數(shù)字式頻率綜合器（DDS）三個發(fā)展階段。直接合成法的優(yōu)點(diǎn)是頻率轉(zhuǎn)換時間短,并能產(chǎn)生任意小的頻率增量。更重要的是, 直接合成模擬式頻率合成器不能實(shí)現(xiàn)單片集成, 而且輸出端的諧波、噪聲及寄生頻率難以抑制。使用PLL技術(shù)實(shí)現(xiàn)的鎖相式頻率合成器在性能上較之RC、LC振蕩源有很大提高, 但外圍電路仍然較復(fù)雜, 且容易受外界干擾, 分辨率難以提高,其它指標(biāo)也不理想。頻率控制是現(xiàn)代通信技術(shù)中很重要的一環(huán), 獲取寬帶、快速、精細(xì)、雜散小的頻率控制信號一直是通信領(lǐng)域中的一個重要研究內(nèi)容。1971年, 、, 從相位概念出發(fā), 直接合成所需波形的一種新的頻率合成原理。近20年間, 隨著技術(shù)和器件水平的提高, 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)得到了飛速的發(fā)展, 成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。目前, 在各種無線系統(tǒng)中使用的頻率合成器普遍采用鎖相式頻率合成器, 通過CPU控制, 可獲得不同的頻點(diǎn)。頻率合成器的最終發(fā)展方向是鎖相式頻率合成器、雙環(huán)或多環(huán)鎖相式頻率合成器、DDS頻率合成器, 以及PLL加DDS混合式頻率合成器。鎖相式頻率合成器是采用鎖相環(huán)(PLL)進(jìn)行頻率合成的一種頻率合成器。在壓控振蕩器與鑒相器之間的鎖相環(huán)反饋回路上增加整數(shù)N分頻器, 就形成了一個整數(shù)頻率合成器。其輸出信號之間的最小頻率間隔等于參考信號的頻率, 而這一點(diǎn)也正是整數(shù)頻率合成器的局限所在。在環(huán)路開始工作時, 如果輸入信號頻率與壓控振蕩器頻率不同, 則由于兩信號之間存在固有的頻率差, 它們之間的相位差勢必一直在變化, 致使鑒相器輸出的誤差電壓在一定范圍內(nèi)變化。若壓控振蕩器的頻率能夠變化到與輸入信號頻率相等, 在滿足穩(wěn)定性的條件下, 就在這個頻率上穩(wěn)定下來。環(huán)路濾波器的作用是濾除誤差電壓中的高頻成分和噪聲, 以保證環(huán)路所要求的性能, 增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。小數(shù)頻率合成器輸出信號的最小頻率間隔, 即輸出頻率精度, 由參考信號頻率和分?jǐn)?shù)頻率合成器的分辨位數(shù)決定。為了精確控制輸出信號的頻率, 需要采用頻率很低的參考信號。為了獲得較高精度的輸出信號頻率, 同時防止參考信號的泄漏, 必須使用帶寬很窄的濾波器。而鎖相式分?jǐn)?shù)頻率合成器則可以在使用高頻率的參考信號的同時, 獲得高精度的輸出信號頻率, 放松了對濾波器帶寬的限制, 從而有效地解決了上述問題。在濾波器通帶內(nèi), 輸出信號的相位噪聲是參考信號的相位噪聲的N倍。理論上, 參考信號的頻率提高一倍, 輸出相位噪聲下降6dB。當(dāng)然, 也可以通過減小濾波器帶寬的方式來抑制相位噪聲, 但是, 這樣會延長頻率合成器的調(diào)整時間。到目前為止, ΔΣ小數(shù)頻率合成器是最成功的頻率合成器實(shí)現(xiàn)方式。頻率合成器的發(fā)展趨勢是頻率更高、系統(tǒng)功能更強(qiáng)、制作工藝更先進(jìn)、集成度更高、成本更低、功耗更低、系列品種更加完善。頻率合成器已經(jīng)與通信系統(tǒng)收發(fā)信機(jī)的射頻電路集成在一起, 形成了集接收機(jī)、發(fā)射機(jī)、頻率合成器于一體的SOC芯片。鎖相同步檢波器要求鎖相環(huán)路以輸入的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波vi中，能輸出準(zhǔn)確跟蹤載波分量的等幅波v0(t)而它們相位保持很小常數(shù)或零。40年代：電視技術(shù)得到迅速發(fā)展，電視接收機(jī)從行掃描振蕩器輸出中取出部分作反饋信號，和從同步分離器來的同步信號經(jīng)鑒相器進(jìn)行相位比較，得到相位誤差信號經(jīng)積分器得到控制信號，控制行掃描振蕩器，實(shí)現(xiàn)同步掃描。里希廷利用PLL作為導(dǎo)彈信標(biāo)的跟蹤濾波器獲得成功，解決了PLL最佳化設(shè)計(jì)問題。60年代：前半期，由于鎖相技術(shù)中的個別部件的制作費(fèi)用