完整版锁相环工作原理.doc
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基本组成和锁相环电路
1、频率合成器电路
频率合成器组成:
频率合成器电路为本机收发电路的频率源,产生接收第一本机信号源和发射电路的发射
信号源,发射信号源主要由锁相环和VCO 电路直接产生。如图3-4 所示。
在现在的移动通信终端中,用于射频前端上下变频的本振源(LO ),在射频电路中起着非常
重要的作用。本振源通常是由锁相环电路(Phase-Locked Loop )来实现。
2.锁相环:
它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域
3.锁相环基本原理:
锁相环包含三个主要的部分:⑴鉴相器(或相位比较器,记为PD 或 PC):是完成相位比较的单元, 用来比较输入信号和基准信号的之间的相位.它的输出电压正比于两个输入信号之相位差.⑵低通滤波器(LPF): 是个线性电路,其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量,起平滑滤波的
作用 .通常由电阻、电容或电感等组成,有时也包含运算放大器。⑶压控振荡器(VCO ):振
荡频率受控制电压控制的振荡器,而振荡频率与控制电压之间成线性关系。在PLL 中,压控振荡器实际上是把控制电压转换为相位。
1、压控振荡器的输出经过采集并分频;
2、和基准信号同时输入鉴相器;
3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差,然后输出一个直流脉冲电压;
4、控制 VCO ,使它的频率改变;
5、这样经过一个很短的时间,VCO的输出就会稳定于某一期望值。
锁相环电路是一种相位负反馈系统。一个完整的锁相环电路是由晶振、鉴相器、R 分频器、N 分频器、压控振荡器(VCO )、低通滤波器(LFP)构成,并留有数据控制接口。
锁相环电路的工作原理是:在控制接口对R 分频器和N 分频器完成参数配置后。晶振产生
的参考频率( Fref)经 R 分频后输入到鉴相器,同时VCO 的输出频率( Fout)也经 N 分频后输入到鉴相器,鉴相器对这两个信号进行相位比较,将比较的相位差以电压或电流的方式
输出,并通过 LFP 滤波,加到 VCO 的调制端,从而控制 VCO 的输出频率,使鉴相器两输入端的
输入频率相等。
锁相环电路的计算公式见公式:
Fout=(N/R)Fref
由公式可见,只要合理设置数值N 和 R,就可以通过锁相环电路产生所需要的高频信号。
4.锁相环芯片
锁相环的基准频率为13MHz ,通过内部固定数字频率分频器生成5KHz 或 6.25KHz 的参考频率。 VCO 振荡频率通过IC1 内部的可编程分频器分频后,与基准频率进行相位比较,产
生误差控制信号,去控制VCO,改变VCO的振荡频率,从而使VCO输出的频率满足要求。如图 3-5 所示。
N=F VCO /F R
N:分频次数
F VCO: VCO 振荡频率
F R:参考频率
失锁检测器:
如果锁相环失锁,IC1 第 14 脚送出一个低电平信号,CPU 第 40 脚 PLL/LD 接收到失锁
信号后,关闭发射通道,发射机停止工作。如图3-6 所示。
如果 IC1 的 LD 管脚上出现低电平,则处于失锁状态,从D10, R50 获得直流电压,且C63 产生的提供给微处理器(IC10) 的 PLL/LD 管脚电压降低。当微处理器 (IC10) 检测到此情况时,
不能进行发射,无视通话转换开关输入信号。如图3-6 所示。
5、锁相环的应用
1.锁相环在调制和解调中的应用
(1 )调制和解调的概念
为了实现信息的远距离传输,在发信端通常采用调制的方法对信号进行调制,收信端接收到信号
后必须进行解调才能恢复原信号。
所谓的调制就是用携带信息的输入信号u 来控制载波信号u 的参数,使载波信号的某一个参数随
i C
输入信号的变化而变化。载波信号的参数有幅度、频率和位相,所以,调制有调幅(AM )、调频( FM )和调相(PM )三种。
调幅波的特点是频率与载波信号的频率相等,幅度随输入信号幅度的变化而变化;调频波的特点
是幅度与载波信号的幅度相等,频率随输入信号幅度的变化而变化;调相波的特点是幅度与载波
信号的幅度相等,相位随输入信号幅度的变化而变化。调幅波和调频波的示意图如图8-4-4 所示。上图的( a)是输入信号,又称为调制信号;图(b)是载波信号,图( c )是调幅波和调频波信号。
解调是调制的逆过程,它可将调制波u 还原成原信号u 。
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2.锁相环在调频和解调电路中的应用
调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化。由8-4-6 式可知,压控振荡器的振荡频率取
决于输入电压的幅度。当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω 相等时,压控振荡器输出
信号的频率将保持ω不变。若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号u 外,
0 c
还有调制信号u ,则压控振荡器输出信号的频率就是以ω 为中心,随调制信号幅度的变化而变化i0
的调频波信号。由此可得调频电路可利用锁相环来组成,由锁相环组成的调频电路组成框图如图
8-4-5 所示。
根据锁相环的工作原理和调频波的特点可得解调电路组成框图如图8-4-6 所示
3.锁相环在频率合成电路中的应用
在现代电子技术中,为了得到高精度的振荡频率,通常采用石英晶体振荡器。但石英晶体振荡器的频率不容易改变,利用锁相环、倍频、分频等频率合成技术,可以获得多频率、高稳
定的振荡信号输出。
输出信号频率比晶振信号频率大的称为锁相倍频器电路;输出信号频率比晶振信号频率小的称为锁相分频器电路。
常见故障维修实例