数字锁相式频率合成器_实验报告

电子系统设计——数字锁相式频率合成器

学院

专业班级

学号

姓名

联系方式

任课教师

2016 年07月03 日

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。

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.输入频率fi=100 Hz；

2.输出频率fO=100Hz～99.9 KHz；

3.倍频系数:N=1～999

三、实验测试要求

1．测VCO曲线，即压控振荡器曲线；

2．测VCO中心频率f0；

3．求VCO增益：K=Δf/ΔV；

四、电路设计及方案选择

1、电源反接保护电路

本电子系统主要采用集成电路，而集成电路都是很脆弱的，电源反接很容易导致其烧毁，所以有必要为其设计电源反接保护电路。方案一：二极管反接保护

当电源反接，二极管能有效截止，起到很好的保护作用。

优点：电路简单，成本低。

缺点：二极管导通存在固有的压降，这可能会使得IC工作电压不达标。同时，高压降会使得二极管功率过大。

方案二：场效应管反接保护

电源正接，MOS管导通；反接，MOS管截止。

优点：电路简单，只要型号选择恰当，场效应管导通电压几乎可以忽略。

缺点：场效应管比二极管要贵，成本会加大。

本实验采用方案二，场效应管选择IRF3205，其开启电压为2.0—4.0V，导通电阻为8mΩ，满足要求。

2、基准频率电路

方案一：使用555构成的振荡器

R17最大阻值为5k或者10k，负责调频率。V o输出调到200Hz，再经过JK触发器CD4027进行二分频，输出100Hz。555输出的不是占空比为50%的方波，经过CD4027之后就达到50%占空比了。

优点：价格低廉

缺点：频率稳定度不高，受电阻、电容、温度影响很大，而且事先要调频率，操作麻烦。

方案二：使用晶振电路

R16为偏置电阻，晶振和C4、C3构成振荡反馈电路，频率为4.096MHz。CD4060为14级二分频电路，在此我们只需要用到12级分频。4.096MHz经过12次二分频之后为1000Hz，再经过CD4017进行十分频，输出为占空比50%的100Hz基准信号。

优点：频率稳定度极高，输出波形良好。电路简单，价格低廉。

频率固定，操作简单。

缺点：振荡频率达4M以上，对布线要求高。

由于方案二优点突出，所以选择方案二。

3、锁相电路

C1和R1影响VCO的频率范围。

C1=68pF，实验测得：

当R1=47k时，fmax=282kHz；

当R1=10k时，fmax=666kHz；

当R1=2k时，fmax=2.3MHz；

本系统的频率要求为100Hz—99.9kHz，为了有足够的丰裕度，让锁相环更容易入锁，但又不至于锁频误差太大，所以选择R1=10k。

R2、R3和C2构成比例积分滤波器。

设信号频率为fs（这里fs=100Hz），滤波器截止频率fp，一般情

况下fs=(5~10)fp，这里取fs=10fp。

f p=

1

2π(R1+R2)C

f s=100Hz=10f p=

1

2π(R1+R2)C

所以：(R1+R2)C=1

20π

取C为标称值0.22uF，可得R1+R2=72k。这里取R1=100k，R2=4.7k。

4：分频电路

采用CD4522进行分频，使用官方手册提供的参考电路：

5、总原理图

五、电路仿真

电路仿真无结果，经过多次修改调试仍然没有达到预期，初步估计仿真软件出错。

六、PCB布线

七、制板和焊接

八、调试及测试

经调试，电路能正常工作，通过拨码开关，能够输出符合要求的频率。输出频率很稳定，这有赖于晶体振荡器的高稳定度基准频率。

压控振荡频率测试：

中心频率为fo=0.5*fmax=333kHz；

VCO频率增益K=Δf/ΔV=133.2kHz/V。

九：心得体会

这个电子系统虽然简单，但是依然让我学到了很多。只有亲身去设计系统，才会发现有很多问题需要我们考虑。很多时候，设计的电路是没有问题的，基本都是制板和焊接的错误。只要给足耐心，就能找到每个错误并改正过来，最终的板子都能做好。

自己做完之后，再帮同学检查错误，调试电路，这让我进步更大。帮同学完成调试，看到他们舒心的笑，我的心情开心得无法言喻。

附表：元件清单