一种实用的利用锁相环实现的倍频电路

维普资讯 http://www.cqvip.com
２０ ０ ３年第 ９期
福
建
电
脑
可 以看 出谈 系统 的响 应非 常快 ， 有超 调 ， 随机 扰 动下 的 没 在
稳 态误差也 非 ＇ 小 。 Ｉ 基 于上述 仿 真结 果 ，我 们 将该方 法 应用 于恒 温箱 的 温度控 制中取 得 了令人 满意 的效 果 。该恒 温箱 被用 于某 化学 反应 过程 的恒沮 控制 ，其 温控 系统 的具 体性 能指 标为 ：控 制精 度 为 （ 一 ０ ５Ｃ，． ￣ （ ． ￣ ０ ５Ｃ） 沮度控 制范 围为 ４ ℃ 一１ ０Ｃ） 控制 响应 时间 以 ｏ ０￣ ； 对 ｊ 在 非 受控 状 态 下 达 到 相 同预 定状 态 点 的最 快 响 应 时 间 为 ｜ 巴 准。 硬件 上我们 采 用的是 西 门子 ｓ 在 ７—３ ０系列 Ｐ Ｃ作 下位 机 ， ０ Ｌ 普 通 的研祥工 控 机作上 位机 。考虑 到 Ｇ Ｃ算法 中含 有高 阶矩 阵 Ｐ 求 逆 的运算 ， 用低 级语 言编 程难 以实 现 ， 我们 的算法 程序 主要 用 Ｖ Ｃ＋＋在 上位机 中实 现 。 每个 扫描 周期 中 Ｐ Ｃ先 把采 样信 号 在 Ｌ
４脚之 间的 Ｎ相 当于一 个 分频器 。鉴 相器 １是一 个异 或 门， 它有 频 率等方 面有 着广 泛 的应 用 。 但 ４脚 上用方 波激励 ，捕获 目前 。国内外通 用与 专用 集成 锁 相环 电路 已经有 数百 个 品 较好 的噪声 抑制 性能 ， 必须 在 ３和 １ ４ 种。 饲如 Ｎ ５ ０系列 、 Ｒ一￥ ０ Ｅ６ Ｘ ２ ０系列 等。 Ｄ ０ ６工 作频率 小 于 频率 范 围也 窄 。鉴相 器 ２是 边缘 触发 逻辑 双稳 电路 ，在 ３和 １ Ｃ ４４ 基 １ ２ ｔ， ． ｇｌ 属于低 频 ， ｚ 电源 电压 为 ５—１ Ｖ， ５ 是低 功耗 数字 Ｃ Ｓ数 脚上 可使用 完全 不对称 的波形就 可 以激励 ， 相位误 差 只是 由 ２ ＭＯ Ｄ ０ ６采用 了泵 电流 输 出方 式 ， 字环 。 它的ｆ 产晶为 ＭＣ ４４ 犊 １０ ６和 Ｃ ４４ 。 Ｅ ６ Ｃ０ ６ Ｎ ５４的工作频率 个 脉冲 波的上跳 沿 确定 。由于 Ｃ ４ ４ 高达 ５ Ｈｌ 。 于超高 频 。ｔ Ｃ１７ Ｃ主要用 作 卫星直 播接 收机 因此有很 宽 的捕 获 频率 范围 ， ０ ｔ属 ｚ ｔ ４７ Ｐ 即捕 获频 率具有 自动 扫描 功能 ， 使 系 统迅速 进入锁 定状 态 。 Ｃ Ｖ Ｏ为压控 振荡 器是 一个 宽频带 器件 ， 锁相 解■ 器 ， 工作囊 宰高达 ６ ０ ￣ ０ ＭＨ 。 目前 。 相环 已经深 入 到我们 的每 个家庭 之 中 ， 彩色 电视 它能产 生波形 很好 的对称 方 波输 出 ， 高频率 可达 １５ ｔ ， 镬 如 最 ． Ｍｔｚ 电 Ｈ 一１ ｚ的频率 范 围 ， 工作频率 是 其 机的同步系统 ； 高保真度设备中的立体声多路解码 ； 频率合成式 压扫描 功能 可使其 达到 １ ｚ ＭＨ 调 谐器 ；四声 道解 黄器 及走 带 电机速 度控 制 等无不 应用 到锁 相 由 ９管脚 上 的电压 以及 ６和 ７管脚 上 的电容 和 Ｒ１Ｒ 、 ２的阻值 确 环 。至于在冒 达 、 航 、 信 、 算机 和仪 表等方 面 ， 应用 得更 定 的。Ｒ１ 导 通 计 则 确定 最高 频率 ， ２确定最 低 工作频 率。 Ｒ
以下是 采用 广义 预测 控制 后的效 果 曲线 ：
通过 ｉ Ｉ ／ 电坑传 送给 工控机 ，然后从 工 控机 串 口中读取 控制 量 Ｐ 并采用 脉 宽调翻 技术通 过 固态继 电器 作用 于对 象１。 ４ ］ 以下是 采用 ＰＤ控制 的效果 曲线 （ Ｉ 温度控 制在 ７ ￣ ： ５Ｃ）
【 】 肖建 。 ５ 觅代 控． 乐统 综合 与设计 ， Ｉ 中田铁 道 出版社 。０ ０ ２ ２０ ．
（ 上接 Ｉ ２ ‘ ２页）
Ｑ ２送一 个脉 冲 。 ２就 翻转一 次 ， Ｑ 其余 依此类 推 。其最 大 分频系
八
／Leabharlann Baidu ＼
Ｖ
路 ， 以将 从 Ｃ ４ ４ 可 Ｄ ６的 ３脚引 出端 接 Ｃ ４ ４ ０ Ｄ ０ ０的不 同管脚 。如 果倍频 比大于 ４ ９ 可 以选 择 Ｃ ４ ６ ０ ６。 Ｄ ０芯 片 ， Ｄ ０ ０是 １ 的 ０ Ｃ ４６ ４位 二进 倒 串行计致 器 ／ 分频 器 。 最小 可得 到 １ 频 ， ６分 最大 分频 比为 ２， “ 各个 点的 波形 图如图 四所 示 。Ｕ ｃ 线 电压 ， ｏ为运放 的输 ａ为 ｕ 出 ，ｕｌ为 Ｃ ４ ４ Ｄ ６一脚 信 号 ，ｕ３为 Ｃ ４ ４ ０ Ｄ ０ ６三 脚 信号 ，ｕ ４为 Ｃ ４４ Ｄ ６四脚 信号 （ 图三 中所 示 ， ０ 如 构成 ４ ９ ０ ６倍 频 电路 ） 。
【 】 席裕 庚 ． 一控 ． 。 ２ 曩 Ｉ 弭防工 业 出版 社 ，９ ３ ６ １９ ．
【】 羽 宝冲 。 算Ｏ． 租控 ． 乐统 ， 械 工业 出版社 。０ ０ １ ３ 许 ．ｔ ｔ Ｉ 机 ２ ０． ０ 【 】 王坩 青 ， ４ 先避控 ． 技 术夏其 应 用 ， 学工 业 出版社 ，０ １ ６ Ｉ 化 ２０ ．
框 图如 图二所示 。该 电路 主要 由两个 鉴相 器 （Ｉｎｌ 、 ＊ Ｉ 一个线 性 Ｖ Ｏ输 出和 比较器 之 间 ， 样 ， ） Ｃ 这 当锁相 环锁定 时 ， 计数 器输 出信 度很 好 的压 控 振荡 器 Ｖ Ｏ和需要 外 接 电 阻 Ｒ Ｃ ２电 容 ｃ ２的低 通 号 频率 和锁 相环输 入 信号 频率相 等 ，从而 在计 数器 时钟 输入 端 滤波器组 成 。 １ （ Ｈｉ） 信号输 入 端 ， 脚 Ｐ ｌ为 ３脚 （ Ｈｉ） 比较信 号 （ Ｖ Ｏ输 出） 到倍 频输 出信 号。 Ｃ ４ ４ Ｐ ２为 即 Ｃ 得 当 Ｄ ００的清零 端为 零时 ， 输入靖 ， ２脚 （ Ｈｏ ） 相位 比较 器 １的输 出端 ， ３脚 （Ｈｏ ） Ｐ １是 １ Ｐ ２ 是 在 时钟脉 冲下 降沿 作用下 ， 作增 量 计数 ， 是 时钟脉 冲 ｃ Ｑ１ Ｐ的 ２ 相位 比较嚣 ２的输 出靖 ， 脚 （ Ｈ ３ 为相位 输 出端 ， １ Ｐ ｏ） 当环路 入锁 分 频 ， 每输入 一个 ｃ ， Ｐ Ｑ１的状态 就 翻转 一次 。Ｑ ２的时钟 脉冲 是 时为膏 电平 ， 环路失 锁时 为低 电平 ， 此端 通过 晶体管去 驱动 发光 Ｑ１的输 出 ， ２对 Ｑ１的输 出进 行 ２分频 ， １每 向 （ Ｑ Ｑ 下转第２ ５页）
为广泛 。倒如 ， 在计算机中用于各种钟频信号的供给、 磁盘转速 同步与控制等 ； 在通信中用于无线收 、 发信机的主振和本振源， 有线 通信 中的载 频供 给 ，数字 通信 中的载 波提 取与位 同步 信 号
提取 等 。在 冒达 中用 于微波 固态 源 ； 波 功率放 大器 ， 线 自动 微 天 跟踪等 ； 在空 间技 术 中 。 如卫 星 、 弹 、 导 火箭 和 飞船 的测速 定轨 与 测距 系统更 离不 开锁 相环 ； 如 ， 子能 加速 的同步 ， 再 原 原子能 反 应堆应 力形 变监 测 ． 光 稳频 和红外 夜视 瞄准等 设备 中 ， 激 都使 用 着锁 相环 。可见 ， 凡是 要求 精度 及 自动化 程度 高的 电子系 统 ， 亦 即先 进电子 设备 ， 离 不开锁 相环 。 都 ２Ｃ ４４ 、 Ｄ ０ ６镶 相环 内部 Ｉ 鲁构及工作 原理 锁相 环路 是一 个相 位 负反馈 的 闭合环 路 ，其频 率跟 踪原 理
图如图一 所示 ：
ｌ 口
图一
图二
镇相 环是 由相 位 比较 器 Ｐ （ Ｄ 也称 鉴 相器 ） 、低 通滤 波 器 Ｌ ３倍 频 电路 Ｆ 、 和压控 振荡 器 ＶＣ Ｏ兰 个 环路部 件组成 的一个反 馈控 制系 统。相 锁相 环 的一个 重要 作用是 频率 合成 。所 谓频 率合 成是 指将 位 比较器 （ 也称 鉴相 器 ） 对基 准输入 信 号和压 控振荡 器 引入 的信 任一 给定 的基准 频率 变换成 一 系列新 的频率 信号 ｎ、 、 ３ Ｉ …… 号进 行 比较 ， 当基准 信号 和压控 振荡 器信 号频率 与相位 相 同时 ， 而这 些新 频率 的稳 定度 和基 准频 率相 当 。分频 器 目前 有不 少 型 鉴相 器 的输 出 为零 ； 当两 信号 的频率 和相位 不 同时 ， 鉴相 器 的输 号 的芯片 可 以直 接利 用 ， 而直 接有倍 频功 能的 芯片还 比较 少见 ， 出就 产生一 个误 差 电压 ， 这个误 差 电压经 过滤 波环 节 ， 控制压 控 这 里提供 了一 种利 用分频 器实 现倍频 功能 的 电路 。 振荡 器 ，使其 输 出频率 和相位 与输 入 信号 的频 率和 相位 绝对 匹 倍频 电路 的输 出信 号频 率为 它 的输入 信 号频 率 的 Ｎ倍 ，Ｎ 配， 镇相 环路 既实现 了。 锁相 ” 。 为 倍 频 数 。倍 频 电 路 由锁 相 环 和 １ ２位 二 进 制 串 行 计 数 器 Ｃ Ｓ锁相 环集成 电路 Ｃ ４ ４ ＭＯ Ｄ ０ ６采用 Ｄ Ｐ一１ Ｉ ６封装 ， 简单 Ｃ ４ ４ 其 Ｄ ０ ０组成 ，在 这 里 Ｃ ４ ４ Ｄ ０ ０相 当于 分 频 器 。 此 计数 器 插 在
分频 器 Ｃ ４ ４ Ｄ ０ ０实 现 的 倍 频 电 路 。
【 关键 词 】 锁 相环
二极管 ， 可构成 人锁 状态指 示 电路 ， 人锁 时灯亮 。 ９脚 （ Ｃ ｉ４脚 Ｖ Ｏ） １ 镇 相 技 术 的 应 用 、 Ｖ Ｏ） Ｉ Ｈ） 锁相 技术 可 广泛应 用 于广播 电视 、雷达 通信 、抑 止 电网干 （ Ｃ ｏ 分别 为 压控振 荡器 的控 制端 和输 出端 。５脚 （Ｎ 为禁 扰、 时钟 同步 等领 域 。 集成 锁相 环 电路 在跟 踪滤 波 、 调制解 调 、 频 止端 ， 高电平 时禁 止压控 振荡 器工 作 。１ 接 Ｏ脚 （ ＭＯ） ＤＥ 为解 调输 用于 Ｆ Ｍ解 调 。１ ５脚 （ ） 内部独 立 的齐纳稳 压二 极管 的 ｚ为 率合成 、 载波 同步 、 同步 、 Ｍ立体 声解 码 、 位 Ｆ 电机调速 稳速 、 锁相 出端 ， 其 Ｖ， １ 其 、 接收机 、 相移器 、 频率 变换 、 同步 滤波 、自动跟 踪调谐 、 波锁相 负端 ， 稳压 电源为 ５ 在 与 １ Ｌ匹配时可 作辅 助 电源 。 中 ３ 微
维普资讯 http://www.cqvip.com
福
建
电
脑
２ ０ 年第 ９ ０３ 期
一
种 实 用 的利 用锁 相 环实 现 的倍 频 电路
郝媚美 郑 应 文
福州 ３ ０ ０ ） ５ ０ ２ （ 州大 学电 气 系，福 建 福
【 摘
要 】 叙 述 了锁 相环 的结 构特 点 、工作 原理 及其 应 用 ，给 出 了一 种利 用锁相 集 成 电路 Ｃ ４ ４ Ｄ ０ ６及 计 数 ／ 分频 器 倍 频
图 ２ Ｐ 控制效 果 图 Ⅲ ◆ 考 文奠
【】 Ｉ Ｃｍｌ ＤＷ． ｅｔ ｌ ｉ Ｃ ｎｔ ｌｅ ｅｅ ｉｇｈｒ ｏ ｒｄｃ ｖ ｏ ｔ １１ Ｅ Ｐｏ—Ｄ １ ９ 。 ３ （ ： ４ ｉ ｍ Ｓ ａｔ ｉ ｒ ｅｓｒ ｎ ｄｒｃｄｎ ｏｉ ｎｐｅ ｉｔ ｅＣ ｎｒ ．Ｅ ｒ ｏａ ． ａ ｚ ｉ ｏ ９ ２ １ ８ ４）３ ７—３ ４ ５２
图 ３ Ｇ Ｃ控 制效 果 图 Ｐ 经 过观 察该 系统 的上升 时 间在 理想 范 围之 内 （ 同对 象实 验 ， 上 升 时 间 小 于 ＰＤ 控 制 器 ） 超 调 小 于 ｌ ，稳 态 误 差 小 于 Ｉ ， ℃ ０ ５Ｃ， ． ￣ 其综合 性 能指标 完全 达到 预期效 果 。 四 、 束 语 结 目前该 恒 温箱 已被 成功应 用于 某 制药 厂 医药制剂 生产 线 的 药品催 化反应 系统 中 ， 现 出了 良好 的稳 态性 能 ， 高 了药 品的 表 提 生成率 ， 升 了企业 的经 济效益 ， 强 了企业 的市场 竞争 力 。实 提 增 践证 明 ， 处理 类似 于温 度控制 的大 惯性 、 在 大滞 后 系统 的控制 问 题上 ， 义预测 控制 是一 套行 之有效 的控 制方 法 。 广