锁相频率合成器
锁相技术与频率合成器(讲座复习资料)
222锁相技术与频率合成器第一节 教学主要内容一、反馈控制电路(一)基本概念1．采用反馈控制电路的目的是提高通信系统的技术性能，或者实现某些特殊的高指标要求。
2．通信系统中常用的有自动振幅控制、自动频率控制和自动相位控制。
3．反馈控制电路是由被控对象和反馈控制器两部分组成。
图10-1 反馈控制电路的组成方框图4．反馈控制电路中X o 为系统的输出量，X R 为系统的输入量，是反馈控制器的比较标准。
5．根据实际工作的需要，每个反馈控制电路的X o 和X R 之间都具有确定的关系，例如X o =g (X R )。
若这一关系受到破坏，则反馈控制器就能够检测出输出量与输入量的关系偏离X o =g (X R )的程度，产生相应的误差量X e , 加到被控对象上对输出量X o 进行调整，使X o 与X R 之间的关系接近或恢复到预定的关系X o =g (X R )。
(二)自动相位控制电路(锁相环路)1．用途：在通信系统中能实现频率合成、频率跟踪等许多功能。
2.锁相环路的被控量是相位，被控对象是压控振荡器(VCO)。
在反馈控制器中对振荡相位进行比较。
利用误差量对VCO 的输出相位进行调整。
图10-4 自动相位控制方框图2233. VCO 输出电压的相位受u c 控制。
而u c 是VCO 的输出电压的相位θV 与环路输入相位θR 经鉴相器产生的误差电压u e 经环路滤波器后得到的控制电压。
4．控制环路的输入量为θR ，输出量为θV 。
二、自动相位控制电路(锁相环路)(一)锁相环路的基本原理1．鉴相器及其相位模型(1)功能：比较输入信号相位和VCO 输出信号的相位，其输出电压与两信号的相位差成正比。
(2)实现电路：模拟乘法器图10-5 等效鉴相器(3)鉴相特性鉴相器的输入信号分别为u V (t )=U Vm cos ［ωo t +θV (t )］u R (t )=U Rm sin ［ωR t +θR (t )］=U Rm sin ［ωo t +(ωR -ωo )t +θR (t )］=U Rm sin ［ωo t +θ1(t )］ 式中，θ1(t )=(ωR -ωo )t +θR (t )称为输入信号以相位ωo t 为参考的瞬时相位。
基于CD4046锁相环的频率合成器设计
基于CD4046锁相环的频率合成器设计⽬录⼀、设计和制作任务 (3)⼆、主要技术指标 (3)三、确定电路组成⽅案 (3)四、设计⽅法 (4)（⼀）、振荡源的设计 (4)（⼆）、N分频的设计 (4)（三）、1KHZ标准信号源设计（即M分频的设计） (5)五、锁相环参数设计 (6)六、电路板制作 (7)七、调试步骤 (8)⼋、实验⼩结 (8)九、⼼得体会 (9)⼗、参考⽂献 (9)附录：各芯⽚的管脚图 (10)锁相环CD4046设计频率合成器内容摘要：频率合成是以⼀个或少量的⾼准确度和⾼稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或⼤量的输出频率，这些输出的准确度与稳定度与参考频率是⼀致的。
在通信、雷达、测控、仪器表等电⼦系统中有⼴泛的应⽤，频率合成器有直接式频率合成器、直接数字式频率合成器及锁相频率合成器三种基本模式，前两种属于开环系统，因此是有频率转换时间短，分辨率较⾼等优点，⽽锁相频率合成器是⼀种闭环系统，其频率转换时间和分辨率均不如前两种好，但其结构简单，成本低。
并且输出频率的准确度不逊⾊与前两种，因此采⽤锁相频率合成。
关键词：频率合成器CD4046⼀、设计和制作任务1．确定电路形式，画出电路图。
2．计算电路元件参数并选取元件。
3．组装焊接电路。
4．调试并测量电路性能。
5．写出课程设计报告书⼆、主要技术指标1．频率步进 1kHz2．频率稳定度f ≤1KHz3．电源电压 Vcc=5V三、确定电路组成⽅案原理框图如下，锁相环路对稳定度的参考振动器锁定，环内串接可编程的分频器，通过改变分频器的分配⽐N，从⽽就得到N倍参考频率的稳定输出。
晶体振荡器输出的信号频率f1，经固定分频后（M分频）得到基准频率f1’，输⼊锁相环的相位⽐较器（PC）。
锁相环的VCO输出信号经可编程分频器（N分频）后输⼊到PC的另⼀端，这两个信号进⾏相位⽐较，当锁相环路锁定后得到：f1/M=f1’=f2/N 故f2=Nf’1 (f’1为基准频率)当N变化时，或者N/M变化时，就可以得到⼀系列的输出频率f2。
锁相环(PLL)频率合成调谐器
锁相环（PLL）频率合成调谐器调谐器俗称高频头，是对接收来的高频电视信号进行放大（选频放大）并通过内部的变频器把所接收到的各频道电视信号，变为一固定频率的图像中频（38MHz）和伴音中频以利于后续电路（声表面滤波器、中放等）对信号进行处理。
调谐器（高频头）原理：高频放大：把接收来的高频电视信号进行选频放大。
本机振荡器：产生始终高于高频电视信号图像载频38MHz的等幅载波，送往混频器。
混频器：把高频放大器送来的电视信号和本机振荡器送来的本振等幅波，进行混频产生38MHz的差拍信号（即所接收的中频电视信号）输出送往预中放及声表面滤波器。
结论：简单的说：只要改变本机振荡器的频率即可达到选台的目的）一、电压合成调谐器：早期彩色电视接收机大部分均采用电压合成高频调谐器，其调谐器的选台及波段切换均由CPU输出的控制电压来实现（L、H、U波段切换电压及调谐选台电压），其中调谐选台电压用来控制选频回路和本振回路的谐振频率，调谐选台电压的任何变化都将导致本机振荡器频率偏移，选台不准确、频偏、频漂。
为了保证本机振荡器频率频率稳定，必须加上AFT系统。
由于AFT系统中中放限幅调谐回路和移相网络一般由LC谐振回路构成，这个谐振回路是不稳定的，这就造成了高频调谐器本机振荡器频率不稳，也极易造成频偏、频漂。
二、频率合成调谐器1、频率合成的基本含义：是指用若干个单一频率的正弦波合成多个新的频率分量的方法（频率合成调谐器的本振频率是由晶振分频合成的）。
频率合成的方法有很多种。
下图为混频式频率合成器方框图以上图中除了三个基频外还有其“和频”及“差频”输出（还有各个频率的高次谐波输出）。
输出信号的频率稳定性由基准信号频率稳定性决定，而且输出信号频率误差等于各基准信号误差之和，因此要想减少误差除了要提高基准信号稳定度之外还应减少基准信号的个数。
2、锁相环频率合成器：其方框图类似于彩色电视接收机中的副载波恢复电路，只是在输入回路插入了一个基准信号分频器（代替色同步信号输入）而在反馈支路插入一个可编程分频器（代替900移相）。
LMX2336锁相环频率合成器电路的设计及编程应用
ｎｄ ａ ＶＣＯ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌ ＭＸ ２ ３ ３ ６ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｗａ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｈｏ ｔ ｅ ｌ ｋ ｐ ｒ ｏ ｒａ ｇ ｍ ｍｉ ｎ ｇ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ＨＴ ９ ８ Ｒ ０ ６ ８ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
不 可 比拟 的 。Ｌ Ｍ Ｘ ２ ３ ３ ６就 是这 样 一款 符合 设 计应 用
干扰 ， 产 生频率 稳 定度 高 的射 频 载波 ， 在 通信 传 输 中
【 摘
要】在无线 电收发设备 中， 锁相 频率合成器 电路是其不 可或缺 的组成部分。首先介绍 了美 国国家半导体公 司
生产 的低功耗 双 通 道 频率 合 成 器 Ｌ ＭＸ ２ ３ ３ ６ 的 内部 结 构 ， 然 后在 深 入研 究其 应 用 特 点 的基 础 上 ， 给 出 了基 于 Ｌ Ｍ Ｘ ２ ３ ３ ６的外 围滤波器 和 Ｖ Ｃ Ｏ电路 的设 计， 以及利用合 泰单 片机 Ｈ Ｔ ９ ８ Ｒ ０ ６ ８编 程控制 Ｌ ＭＸ ２ ３ ３ ６来 达到调 整 Ｖ Ｃ Ｏ
锁相环频率合成器
锁相环频率合成器锁相环频率合成器是一种电路，主要用于产生高精度、稳定的频率信号。
它的工作原理是将一个参考信号与一个可调节的振荡器信号进行比较，通过调节振荡器信号的频率和相位，使得两个信号保持同步，从而实现对输出频率的控制。
锁相环频率合成器广泛应用于通讯、雷达、测量等领域。
一、锁相环基本结构锁相环主要由三个部分组成：相位检测器（Phase Detector）、低通滤波器（Low Pass Filter）和电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator）。
1. 相位检测器相位检测器主要用于比较参考信号与振荡器信号之间的相位差。
常见的有两种类型：同步检测器和非同步检测器。
同步检测器适用于参考信号和振荡器信号具有固定的相位关系时，而非同步检测器则适用于相位关系不确定或者变化较快的情况。
2. 低通滤波器低通滤波器主要用于平滑输出电压，并消除高频噪声干扰。
它的作用是将相位检测器输出的误差信号进行滤波，得到一个直流电压信号，这个信号被用来控制振荡器的频率和相位。
3. 电压控制振荡器电压控制振荡器（VCO）是锁相环频率合成器中最重要的部分之一。
它可以产生可调节的频率信号，并且可以通过调节输入电压来改变输出频率。
VCO通常由一个反馈环路组成，其中参考信号和VCO输出信号经过比较后产生误差信号，通过低通滤波器后输入到VCO中，从而实现对输出频率的控制。
二、锁相环工作原理锁相环工作原理可以用以下几个步骤来描述：1. 参考信号与振荡器信号进行比较，产生误差信号；2. 误差信号经过低通滤波器平滑处理后输入到VCO中；3. VCO产生新的振荡器信号，并与参考信号进行比较；4. 如果两个信号之间存在相位差，则继续调整VCO输出频率和相位，直到两个信号同步为止；5. 输出的同步信号可以用于驱动其他系统或设备。
三、锁相环应用锁相环频率合成器在通讯、雷达、测量等领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 时钟恢复在数字通信系统中，接收端需要恢复发送端的时钟信号。
锁相环频率合成器的相位噪声分析
图 1 锁相式频率合成器的原理 框图
锁相式频率合成器 的基本原理如 下: 鉴相器 ( PD) 将参考信号 V i ( t ) (频率 f r )与输出信号 Vo ( t ) ( 频率 fo ) 的相位进行比较, 产生一个反映两信号 相位差大小的信号 Vd ( t) , Vd ( t ) 经过环路 滤波器 ( LPF )滤波滤除高频分量 , 得到控制电 压 Vc ( t ), 将 Vc ( t) 加到压控振荡器 ( VCO ) 的控制端, 通过
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航空兵器
2010 年第 6 期
VCO 使得输出频率 fo 向 f r 靠拢 , 直到消除相差使 环路锁定。
令
pd
2 锁相环路中的相位噪声
锁相环频率合成器主要由倍频器、放大器、分 频器、混频器、鉴相器、 压控振荡器 ( VCO) 等基本 电路组成, 有的还包括辅助捕获电路、跳频控制电 路和电子开关等, 它们都不同程度地将噪声引入 频率合成器中, 因此对频率合成器各组成部件噪 声的研究就很有必要。 2 . 1 鉴相器对环路噪声的影响 鉴相器是 PLL 的关键部件之一, 它有许多不 同的类型和电路形式。目前较常用的鉴相器基本 上可分为两大类: 乘法器 ( 或逻辑组合 ) 电路和时 序电路。 这里主要讨论乘法器类鉴相器。 乘法器类 鉴相器将输 入信号波 形与本地 振荡器波 形相乘 , 并把乘积的平均值作为其有用的直流输出, 一个 设计正确的乘法器鉴相器可以对淹没在极大噪声 中的输入信号进行处理。 这里假设 PLL 环路是线性的, 鉴相器是理想 的。鉴相器引入的噪声用一个外加的等效干扰噪 声电压 vpd ( s) 代替 , 如图 2 所示。
1 频率合成器简介
频率合成技术自提出以来 , 目前已 经逐渐形 成了四种技术 : 直接模 拟式频率合成 技术、锁相 频率合成技术、直接数字 式频率合成技术和混合 式频率合成技术。本文主 要介绍锁相频率合成技 术。 锁相式频率合成器是采用锁相环 ( PLL ) 进行 频率合成的一种频率合成器, 它是目前频率合成 器的主流, 其原理框图如图 1 所示。 最简单的锁相 环合成器是单环锁相环频率合成器, 在压控振荡 器与鉴相器之间的锁相环反馈回路上增加整数分
锁相环频率合成器
锁相环频率合成器介绍锁相环频率合成器（Phase Locked Loop Frequency Synthesizer）是一种广泛应用于电子通信、无线电设备和测量仪器中的电路。
它主要用于产生稳定且精确的输出频率信号，可以将输入信号的频率放大、分频或合成，以满足不同应用的需求。
原理锁相环频率合成器的基本原理是通过负反馈控制，将输出频率与参考频率（或参考信号）比较，然后通过调整VCO（Voltage Controlled Oscillator，电压控制振荡器）的控制电压，使其输出频率与参考频率保持同步。
简单来说，锁相环频率合成器就是将输入信号锁定到某个特定的频率上。
组成部分锁相环频率合成器由多个部分组成，包括相位比较器、环路滤波器、VCO和分频器。
相位比较器（Phase Comparator）相位比较器用于比较参考信号的相位与VCO输出信号的相位之间的差异，并产生一个误差信号。
常见的相位比较器有模型相位比较器和数字相位比较器。
环路滤波器（Loop Filter）环路滤波器用于滤波和增益控制，将相位比较器输出的误差信号转换为VCO控制电压。
环路滤波器的特性会影响系统的稳定性和锁定时间。
VCO（Voltage Controlled Oscillator）VCO是锁相环频率合成器的核心组件，它根据控制电压的变化来产生不同频率的输出信号。
VCO的输出频率与输入的控制电压成正比。
分频器（Divider）分频器用于降低输出频率。
在一些应用中，需要将VCO的高频输出信号分频得到稳定的低频信号。
工作原理锁相环频率合成器的工作过程可以分为以下几个步骤：1.参考信号与VCO输出信号经过相位比较器进行相位比较。
2.相位比较器产生误差信号，通过环路滤波器转换为控制电压。
3.控制电压作用于VCO，使其输出频率发生变化。
4.VCO输出信号经过分频器得到稳定的输出信号。
5.输出信号经过反馈回到相位比较器，与参考信号进行相位比较。
6.如果相位比较器检测到相位差异，则通过反馈机制调整控制电压，使输出频率与参考频率保持同步。
频率合成器原理
频率合成器原理
频率合成器是一种将一个高稳定度和高精度的标准频率信号（经过加减乘除四则运算），产生同样高稳定度和高精度的大量离散频率的技术。
基于频率合成原理所组成的设备或仪器称为频率合成器。
频率合成器的工作原理主要基于锁相环（PLL）技术。
PLL是一种用于锁定
相位的环路，其控制量是信号的频率和相位。
它利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，最终呈现出动态平衡。
PLL频率合成器的工作原理如下：
1. 参考信号输入：将参考信号（例如晶振产生的稳定信号）输入PLL电路
中的相位检测器（PD）中。
2. 相位比较：将参考信号与频率可调的参考分频器输出的信号进行相位比较。
相位比较器会将两个信号的相位差转化为一个宽度与相位差成正比的脉冲信号。
3. 滤波器：将相位比较器输出的脉冲信号通过一个低通滤波器进行滤波，得到一个直流电压作为控制电压。
4. 控制电压输出：将滤波后的直流电压作为控制电压输入到压控振荡器（VCO）中，控制VCO的频率输出。
5. 输出信号调节：将VCO的输出信号经过分频器分频后得到所需的输出频率。
以上内容仅供参考，建议查阅关于频率合成器的书籍或咨询专业人士获取更准确的信息。
基于CD4046锁相环的频率合成器设计
三、确定电路组成方案
原理框图（图1）如下，锁相环路对稳定度的参考振动器锁定，环内串接可编程的分频器，通过改变分频器的分配比N，从而就得到N倍参考频率的稳定输出。晶体振荡器输出的信号频率f1，经固定分频后（M分频）得到基准频率f2，输入锁相环的相位比较器（PC）。锁相环的VCO输出信号经可编程分频器（N分频）后输入到PC的另一端，这两个信号进行相位比较，当锁相环路锁定后得到：
图2 1——999分频器
五、锁相环参数设计
本设计中，M固定，N可变。基准频率f2定为100Hz，改变N值，使N=7001~7999，则可产生f2=700.1KHz—799.9KHz的频率范围。锁相环锁存范围：
fmax=800.00KHz
fmin=700.00KHz
则fmax/fmin=1.1
使用相位比较器PC2
（三）、N分频的设计
根据本次课程设计的要求，需设计一个N=7000-7999的分频计。通过方案的比较采用四块CD4522构成。CD4522是可预置数的二一十进制1/N减计数器。其引脚见附录。其中D1-D4是预置端，Q1—Q4是计数器输出端，其余控制端的功能如下：
PE（3）=1时，D1—D4值置进计数器EN（4）=0，且CP（6）时，计数器（Q1—Q4）减计数；CF（13）=1且计数器（Q1—Q4）减到0时，QC(12)=1 Cr(10)=1时，计数器清零。
3、拨动拨码盘，测输出频率
拨码盘
输出频率f（Hz）
输出波形
7000
700.00K
方波
7001
700.10K
方波
7051
705.10K
方波
7551
755.10K
锁相环及频率合成器的原理及电路设计方案介绍
锁相环及频率合成器的原理及电路设计方案介绍引言锁相环简称PLL,是实现相位自动控制的一门技术，早期是为了解决接收机的同步接收问题而开发的，后来应用在电视机的扫描电路中。
由于锁相技术的发展，该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个领域。
自从20世纪70年代起，随着集成电路的发展，开始出现集成的锁相环器件、通用和专用集成单片锁相环，使锁相环逐渐变成一个低成本、使用简便的多功能器件。
如今，PLL技术主要应用在调制解调、频率合成、彩电色幅载波提取、雷达、FM立体声解码等各个领域。
随着数字技术的发展，还出现了各种数字PLL器件，它们在数字通信中的载波同步、位同步、相干解调等方面起着重要的作用。
随着现代电子技术的飞快发展，具有高稳定性和准确度的频率源已经成为科研生产的重要组成部分。
高性能的频率源可通过频率合成技术获得。
随着大规模集成电路的发展，锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。
由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。
1 锁相环及频率合成器的原理1.1 锁相环原理PLL是一种反馈控制电路，其特点是：利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
因PLL可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以PLL通常用于闭环跟踪电路。
PLL在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相同时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是PLL名称的由来。
PLL通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，PLL组成的原理框图如图1所示。
PLL中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控。
射频锁相频率合成器的设计与仿真
在 现 代 通 信 系 统 中 ． 频 率 源 的 频 率 稳 定 度 和 准 确 度 的 对 要求越来越 高 ． 只采 用 晶 振 是 不 能 满 足 需 要 的 。 而 频 率 合 成
摘 要 ：频 率 合 成 器 可 以 提 供 大 量 精 确 、 定 的频 率作 为 无 线 通信 设 备 的 本 振 信 号 。 简要 介 绍 了锁 相 环 频 率合 成 器 的 稳 基本 原理 ． 利 用 整 数 Ⅳ 锁 相 芯 片 ＡＤＦ １ ２设 计 了一 个 宽波 段 的 频 率 合 成 器 。 论 了其 中主要 元 器 件 的 选择 和环 路 并 ４１ 讨 滤 波 器 的 设 计 ， 用 先 进 设 计 系统 （ ｄ ａ ｃ ｄ Ｄｅｉｎ Ｓ ｓｅ ＡＤＳ 仿 真 软 件 对 设 计 方 案 进 行 频 域 和 瞬 态 响 应 仿 真 ， 利 Ａ ｖ ｎ ｅ ｓ ｙｔｍ， ｇ ） 并
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１ ７ — ２ ６ ２ １ ） ８ ０ ９ — ３ ６ ４ ６３ （０ ０ — ０ ７ ０ １
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｓｍ ｕｌ ｔｏ ｆＲＦ ｓｇ ｎ ｉ ａ ｉｎ ｏ ＰＬＬ ｒ ｑ ｎｃ ｙ ｈ ｓｚ ｒ ｆ ｅ ｕｅ ｙ ｓ ｎｔ ｅ ｉ ｅ
Ｑ ＮＮ ， ＨＯ ｈｎ — ａ Ｉ ａ Ｚ ＵＳ ｅ ｇ ｕ ｎ ｙ （ｏｌ ｅｏ ｎｏｍ ｔ ｎａｄＣ ｍ ｎ ａ ｎ Ｇ ｉｎＵ ｉ ｒ 炒 ｏ ｌ ｔ ｎ ｅｈ ｏｏｙ ｕｌ ４ ０ ４ Ｃ ｉａ Ｃ ｌ ｇ ｆｒ ａｉ ｏ ｍｕ ｉ ｔ ， ｕ ｉ ｎｖ ｓ ｆＥｅ ｒ ｉ Ｔｃ ｎｌ ，Ｇ ｉｎ５ １０ ， ｈｎ ） ｅ ｆＩ ｏ ｎ ｃｉ ｏ ｌ ｅ ｃ ｏｃ ｇ ｉ
锁相环频率合成器捕捉过程的分析与仿真
的系统，采用二阶或三阶的环路滤波器已是普遍的现象。采用高阶的环路滤 波器，可以使系统在缩短捕捉时间的同时，提高对相位噪声和寄生干扰的抑 制。高阶的环路滤波器带来的问题是使得对锁相环的理论分析变得非常复杂， 在这篇文章中，提供了三阶环路滤波器组成的系统的分析过程，并且给出了 响应方程和通过仿真得到捕捉时间的方法。
荡器(VCO)之间加分频器，就成为一个简单的频率合成器。通过频率合成器 可以产生大量的与基准参考频率源有相同精度和稳定度的离散频率信号。因 为这些特点，频率合成器在现代收发信机中获得了广泛应用。频率合成器的 主要性能指标有以下几项： (1)频率范围 也就是频率合成器输出频率最高和最低值之间的频段宽度。一般来说， 频率范围决定于压控振荡器的频率可变范围。 (2)频率间隔 指频率合成器 2 个相邻输出频率点之间的间隔，频率范围和频率间隔 共同决定了信道数量。 (3)转换时间 指频从闭环传递函数可以发现，锁相环的阶数至少是一阶的，而且与环路 滤波器的阶数密切相关。他们有这样的关系，锁相环的阶数始终比环路滤波 器高一阶，也就是说，一阶的环路滤波器组成的锁相环是二阶的，二阶的环 路滤波器组成的锁相环是三阶的，环路滤波器的阶数决定着锁相环的阶数。 在现代通信系统中，为了达到较高的性能指标，大多数都是高于二阶
(4)噪声 表征了输出信号的频率纯度。包括相位噪声和寄生干扰。 在以上性能指标中，转换时间在收发信机设计中将很大程度上影响通 信传输的有效性指标。每一次发送接收频率的改变，都要经历一次频率合成 的跟踪锁定过程，当频率转换间隔较大时可能用时也较多，这个过程不能进 行有效的数据传输，因而降低了有效的信道容量。在锁相频率合成器设计中， 尽量减小捕捉时间是一个重要课题。 在这篇文章中，分析了捕捉时间的相关因素，定量分析了一个具体锁 相环电路的捕捉时间，并对捕捉过程进行了仿真描述。 2 锁相环频率合成器原理 一个基本的锁相环频率合成器的框图如图 1(a)所示，其基本组成包括 4 部分：鉴相器(PD)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)和程序分频器等。
新型多功能锁相频率合成器lc7218的工作原理及其应用
新型多功能锁相频率合成器lc7218的工作原理及其应用在文章中，我会用从简到繁、由浅入深的方式来探讨新型多功能锁相频率合成器LC7218的工作原理及其应用。
我会多次提及该主题文字，并分享个人观点和理解。
文章将遵循知识的文章格式，包含总结和回顾性的内容，总字数大于3000字，不出现字数统计。
文章如下：新型多功能锁相频率合成器LC7218的工作原理及其应用一、简介新型多功能锁相频率合成器LC7218是一种集成了各种功能的电子元件，可以广泛应用于各种领域。
本文将从不同角度来探讨LC7218的工作原理及其应用。
二、LC7218的工作原理1. 时钟信号输入LC7218首先接收外部的时钟信号作为输入，通过内部的锁相环电路对时钟信号进行频率合成和同步处理。
2. 锁相环电路锁相环电路是LC7218内部的核心部分，它通过不断调整本身的输出频率和输入信号的频率，从而实现对输入信号的同步跟踪。
3. 频率合成在锁相环电路的控制下，LC7218可以对输入信号进行频率合成，产生稳定、精确的输出频率信号。
4. 输出控制LC7218还可以根据用户的需求，对输出信号进行控制和调节，以满足不同应用场景的要求。
三、LC7218的应用1. 通信系统在通信系统中，LC7218可以用于信号同步和频率合成，保证通信信号的稳定传输和接收。
2. 仪器仪表在各种仪器仪表中，LC7218可以用于时钟信号的同步和精确频率的输出，提高仪器的测量精度和稳定性。
3. 工业自动化在工业自动化领域，LC7218可以用于对各种控制信号的同步和精确频率输出，实现自动化生产和控制系统。
四、个人观点和理解个人认为，新型多功能锁相频率合成器LC7218的工作原理非常先进，应用范围广泛。
它不仅可以满足各种领域的需求，还可以提高系统的稳定性和精度。
在未来的发展中，LC7218有望成为各种电子系统中不可或缺的核心组件之一。
总结通过本文的介绍，我们对新型多功能锁相频率合成器LC7218的工作原理及其应用有了更深入的了解。
锁相环频率合成器原理
锁相环频率合成器原理锁相环频率合成器是一种广泛应用于无线通信系统和频率合成器中的电路。
它通过将输入信号的频率锁定到参考信号的频率上，实现对输入信号频率的稳定和精确控制。
锁相环频率合成器的原理是基于负反馈控制和锁相环电路。
锁相环频率合成器由三个主要组成部分组成：相位比较器、低通滤波器和电压控制振荡器。
首先，锁相环的参考信号和输入信号都被送入相位比较器。
相位比较器会将两个信号的相位进行比较，并输出相位差。
相位差是参考信号和输入信号之间相位的差异值。
接下来，相位差信号通过低通滤波器进行滤波，目的是消除高频噪声。
滤波器的作用是确保锁相环的输出信号是稳定的且没有抖动的。
经过滤波的相位差信号进入电压控制振荡器（VCO），VCO根据输入信号的相位差来调整自身的输出频率。
如果输入信号的频率低于参考信号的频率，那么相位差将是正值，VCO将增加输出频率。
如果输入信号的频率高于参考信号的频率，相位差将是负值，VCO将减小输出频率。
最后，VCO的输出信号通过反馈回路连接到相位比较器，与输入信号进行反馈。
这个反馈迫使VCO的输出频率与参考信号的频率越来越接近，最终达到精确的锁定。
锁相环频率合成器在无线通信系统中的应用非常广泛。
在接收方面，锁相环可以用于从复杂多路径传输的信号中恢复出原始信号，消除传播路径引起的相位偏差。
在发射方面，锁相环可以用于产生稳定的射频信号，通过倍频器和滤波器将原始频率倍增，然后放大后用于无线电通信。
此外，锁相环频率合成器还被广泛应用于频率合成器中，用于产生非常精确的时钟信号，以供数字电路和通信设备使用。
总结起来，锁相环频率合成器是一种将输入信号的频率锁定到参考信号的频率上的电路。
它通过相位比较、滤波和VCO调频的方式实现对输入信号频率的稳定和精确控制。
锁相环频率合成器在无线通信系统和频率合成器中有着广泛的应用，能够提供稳定的射频信号和精确的时钟信号，为无线通信技术的发展提供了重要支持。
基于ADF4106的锁相环频率合成器
1 引言在无线通信领域中，高性能频率源是通信设备、雷达、电子侦察和对抗设备、精密测量仪器的核心部件。
现代通信系统对频率源的精度、分辨率、转换时间及频谱纯度等提出了越来越高的要求，性能卓越的频率源均通过频率合成技术来实现。
本文所讨论的锁相环频率合成技术是基于锁相环路的同步原理，由一个高准确度、高稳定度的参考晶体振荡器，综合出大量离散频率的一种技术。
锁相环频率合成器是一种相位锁定装置，是一种频率稳定度较高的离散间隔型频率信号发生器。
2 锁相环频率合成器的基本原理锁相环是频率合成技术的基础。
锁相环路(PLL)通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LP)、压控振荡器(VCO)和可变程序分频器组成。
锁相环路是一个相位误差控制系统，它比较输入信号与压控振荡器输出信号之间的相位差，产生一个对应于两个信号相位差的误差电压，该误差电压经处理后去调整压控振荡器的频率（相位）。
当环路锁定时，输入信号与压控振荡器输出信号频差为零，相位差不再随时间变化，此时，误差控制电压为一固定值，压控振荡器输出频率与输入信号频率相等，即fo=fr。
锁相环路的这一特点，使它在自动频率控制中得到应用，以实现精确的频率控制。
环路在锁定时要得到一定的控制电压，则鉴相器必须有一个非零的输出，即，环路作用必须有相位差，相位差维持着两信号的同步，使输出信号频率稳定。
锁相环基本原理方框图如图1所示。
鉴相器又称比相器，对输入信号与环路输出信号的相位进行比较, 产生误差控制电压；环路滤波器滤除误差电压中的高频分量和噪声，以保证环路所要求的性能，增加环路的稳定性；压控振荡器的振荡频率受环路滤波器输出电压的控制，使压控振荡器输出信号频率向输入信号频率靠拢，两个信号间的相位差减小。
可变程序分频器的作用是使压控振荡器的输出频率经分频后再与参考频率进行相位比较，从而产生误差控制电压，并以误差控制电压来调整压控振荡器的相位。
锁相环路对高稳定度的参考振荡器（通常是晶体振荡器）锁定，环路串接可编程的程序分频器，通过编程改变程序分频器的分频比R、N，从而获得N/R倍参考频率的稳定输出。
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《高频电子线路》课程设计设计题目：锁相频率合成器的组装及调试专业：班级：学生姓名：学号：起止日期：指导教师：2012年6月 9日锁相频率合成器的安装及调试王威 09通信工程摘要：通过对晶体振荡器，参考分频器，鉴相器，环路滤波器，压控振荡器，分频器这些元器件进行组装构成锁相频率合成器，阐述了锁相频率合成器的工作原理，分析了锁相环的组装和工作过程，仔细设计了仿真电路图，通过对环路滤波器的重点设计，改善了环路的捕获性能，进一步抑制鉴相器输出电压中的载频分量和高频噪声，降低由VCO控制电压的不纯而引起的寄生输出以及其他各种杂散噪声，在试验中采用了集成锁相环路来简化电路的设计，最后对设计及实验结果进行了分析总结。
关键词：锁相环路；分频器；VCO；环路滤波；鉴相器Abstract: based on the crystal oscillator, reference prescaler, the phase discrimination, loop filter, VCO, prescaler these components to assembly made phase-locked frequency synthesizer, expounds the phase-locked frequency synthesizer work principle, analyzes the phase locked loop assembly and work process, carefully designed the simulation diagram, through the loop of the filter key design, improve the loop of capture performance, further restrain phase discrimination of output voltage transmits the weight and high frequency noise, reduce the VCO control by the voltage of the not pure and is caused by the parasitic output and all kinds of other stray noise, used in the test in the integrated phase lock loop to simplify the circuit design, the design and the experimental results were analysed. Keywords: phase lock loop; Prescaler; VCO; The loop filtering; Phase discrimination is 1.设计要求:（1）测量频率合成输出频率范围。
（2）频率分辨率。
（3）测量频率合成器输出频率和分频比的关系。
（4）调测频率合成器的输出波形。
2．题目分析：频率合成是指以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率，这些输出频率的准确度与稳定度和参考频率是一致的，用来产生这些频率的部件就成为频率合成器或频率综合器。
频率合成器通过一个或多个标准频率产生大量的输出频率，它是通过对标准频率在频域进行加、减、乘、除来实现的，可以用混频、倍频和分频等电路来实现。
其主要技术指标包括频率范围、频率间隔准确度、频率稳定度、频率纯度以及体积、重量、功能和成本。
频率合成器的方法有直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。
直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波，从单一或几个参数频率中产生多个所需要的频率。
该方法频率转化时间快（小于100ms），但是体积大、功耗大、成本高，目前已基本不被采用。
锁相频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算，其结构是一种闭环系统。
其主要优势在于结构简化，便于集成，且频率纯度高，目前广泛应用于各中电子系统。
直接式频率合成器所固有的那些缺点，在锁相频率合成器中大大减小。
3．整体构思：3.1锁相环的构成及原理锁相环(PLL)是构成频率合成器的核心部件。
主要由相位比较器(PD)、压控振荡器(VCO)环路滤波器(LP)和参考频率源组成。
锁相环是一种利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号反馈控制电路。
他的被控制量是相位，被控对象是压控振荡器。
如图1所示，如果锁相环路中压控振荡器的输出信号频率发生变化，则输入到相位比较器的信号相位θv(t)和θR(t)必然会不同，使相位比较器输出一个与相位误差成比例的误差电压Vd(t)，经环路滤波器输出一个缓慢变化的直流电压Vc(t)，来控制压控振荡器输出信号的相位，使输入和输出相位差减小，直到两信号之间的相位差等于常数。
此时，压控振荡器的输出信号频率和输入信号频率相等，且环路处于锁定状态。
环路滤波器对由相位-频率检波器的电荷泵所产生的电流脉冲进行积分，以生成施加于VCO的调谐电压。
传统的做法是使来自环路滤波器的调谐电压升高（变为更大的正值），以使VCO的相位超前并提高VCO的频率。
环路滤波器可以采用诸如电阻器和电容器等无源元件来实现，也可采用一个运算放大器。
环路滤波器的时间常数以及VCO 、相位检波器和分频器的增益将设定PLL 带宽。
PLL 带宽决定了瞬态响应、基准寄生电平和噪声滤波特性。
在PLL 带宽之内，频率合成器输出端上的相位噪声主要是相位检波器相位噪声；而在PLL 带宽之外，输出相位噪声则主要源自VCO 相位噪声。
图（1）锁相环路方框图 3.2锁相环频率合成器的原理锁相环可用来实现输出和输入两个信号之间的相位同步。
当没有基准(参考)输入信号时, 环路滤波器的输出为零(或为某一固定值) 。
这时, 压控振荡器按其固有频率f V 进行自由振荡。
当有频率为R f 的参考信号输入时, R u 和V u 同时加到鉴相。
如果R f 和f V 相差不大, 鉴相器对R u 和V u 进行鉴相的结果, 输出一个与R u 和V u 的相位差成正比的误差电压d u , 再经过环路滤波器滤去d u 中的高频成分, 输出一个控制电压c u , c u 将使压控振荡器的频率f V (和相位)发生变化, 朝着参考输入信号的频率靠拢, 最后使f V = R f 。
压控振荡器的输出信号与环路的输入信号(参考信号)之间只有一个固定的稳态相位差, 而没有频差存在。
相差不再随时间变化, 误差电压为一固定值, 这时环路就进入“锁定”状态。
此时有: R f = d fd f 是VCO 输出频率0f 经N 次分频后得到的, R f 是参考频率osc f 经过R 分频得到的, 即：R f = osc f /Rd f = 0f /N所以, 输出频率0f =N ×R f =N R×osc f 这就可以实现按增量R f 来改变输出频率, 实现频率合成, 当然R f 也是可以通过选择不同的R 来改变的。
图（2）锁相频率合成器方框图 4．具体实现：4.1集成锁相环CD4046的介绍单片集成锁相环CD4046采用CMOS 电路工艺，特点是电源电压范围宽(3～18 V)，输入阻抗高(约100 M Ω)，动态功耗小。
在电源电压VDD=15 V 时最高频率可达1.2 MHz ，常用在中、低频段。
CD4046内部集成了相位比较器Ⅰ、相位比较器Ⅱ、压控振荡器以及线性放大器、源跟随器、整形电路等。
相位比较器Ⅰ采用异或门结构，使用时要求输入信号占空比为50％。
当两路输入信号的高低电平相异时，输出信号为高电平，反之，输出信号为低电平。
相位比较器Ⅰ的捕捉能力和滤波器有关，选择合适的滤波器可以得到较宽的捕捉范围。
相位比较器Ⅱ由一个信号的上升沿控制，他对输入信号的占空比要求不高，允许输入非对称波形，具有很宽的捕捉范围。
相位比较器Ⅱ的输出和两路输入信号的频率高低有关，当14脚的输入信号比3脚的比较信号频率低时，输出为逻辑"0"，反之则输出逻辑"1"。
如果两信号的频率相同而相位不同，当输人信号的相位滞后于比较信号时，相位比较器Ⅱ输出的为正脉冲，当相位超前时则输出为负脉冲。
而当两个输入脉冲的频率和相位均相同时，相位比较器Ⅱ的输出为高阻态。
压控振荡器需要外接电阻R1，R2和电容C1。
R1，C1是充放电元件，电阻R2起到频率补偿作用。
VCO的振荡频率不仅和R1，R2以及C1的取值有关，还和电源电压有关，电源电压越高振荡频率越高。
图(3)CD4046内部原理框图及外围电路4.2 可编程分频器CC40103的介绍分频器N由可编程分频器CC40103组成，它是八位可预置二进制计数器。
按照图中接线方式，其分频比为29，参考频率由14端输入锁相环路PD2签相器输入端，压控振荡器输出信号由4端输出到程序分频器，经29分频后加到签相器的另一端（3端），与f r 进行相位比较，当一路锁定时，由锁相环路4端就可以输出频率f=Nfr，频率间隔为4KHz的信号。
改变CC40103置数端的接线，得到不同N值，即可获得不同频率的信号输出。
4.3总体原理图4.4 电路的调试在调试的过程中需注意P0，P1,P2,P3，P4，P5，P6,P7，分别代2,4,8,16,32,64,128，断开和闭合不同的开关就可获得不同频率范围的输出信号，同时根据所需情况注意选取合适的滤波器，设置不同的前置分频系数即可改变频率间隔。
1、把开关往下拨，即断开4046与40103的连接，测试4046本身的振动频率5.各部分定性说明及定量计算锁相环CD4046B 的频率锁定范围取决于器件外围的电阻R3、R2端的电阻及电容C2。
R2和C2则构成了锁相环CD4046B 的外接低通滤波器。
如果不需R4的补偿，即R2为无穷大时，锁相环的输出频率范围为从零到最高输出频率fomax ，那么 fomax=1/(R3(C2+32pF))，此时fomin=0。
在特定的使用状态下，若要限制锁相环的输出频率范围，可通过R2的补偿作用来实现。
锁相环输出频率fo 的估算式为：fo=1/8*C2*((V1-VGS)/R3+(VDD-2*VTP)/R2端电阻)这里，V1为锁相环压控振荡器的输入信号(即CD4046脚9的电平)，其幅值正比于基准电压方波信号和锁相环比较信号之间的相位差；VGS 和VTP 分别为锁相环内部MOS 管的栅-源极压降和栅极的开启阈值电平；VDD 为锁相环工作电压即为5V 。
根据题意要求，我们将R3设置为5.6K Ω,设置R2端为无穷大,C2设置为1000pF 。