第 章 频率合成器的工作原理与主要部件
第二章直接频率合成技术
ωm, n称为组合频率；m和n的绝对值称为组合
频率分量的阶。
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频率合成技术
第四章 单端口网络和多端口网络
37
若频率合成器通过混频器取差频输出， 即ωout=ω1-ω2， 也就是m=1， n=-1，那么 m和n的其他取值均为干扰频率，高阶的干扰 频率的信号很弱，但是低阶的干扰频率信号 必须要加以考虑。
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第四章 单端口网络和多端口网络
5
f n −1 + f n +
( Δf 0−9 )n−1 ( Δf 0−9 )n
10
n−2
+
10n −1
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第四章 单端口网络和多端口网络
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由n个石英晶体振荡器和混频器以及滤波器构成，每 一个石英晶体振荡器的输出频率为
第四章 单端口网络和多端口网络
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若设置(Δf0) 1=(Δf0)2=(Δf0)3=0 MHz，则最小 输出频率为
(Δf 0 ) 2 (Δf 0 )3 f out = f1 + f 2 + f 3 + (Δf 0 )1 + + 2 10 10 = 47.0 + 6.0 + 5.0 ＝58.0 MHz
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第四章 单端口网络和多端口网络
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若设置(Δf9) 1=(Δf9) 2=(Δf9)3=0.9 MHz， 则最大输出频率为
(Δf 9 ) 2 (Δf 9 )3 f out = f1 + f 2 + f 3 + (Δf 9 )1 + + 2 10 10 = 47.9 + 6.09 + 5.009 ＝58.999 MHz
直接数字频率合成器原理
直接数字频率合成器原理直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer，简称DDFS）是一种用于产生高精度、稳定的频率信号的电子设备。
它通过数字电路实现频率的直接合成，可以产生任意频率的信号，并且具有快速调谐、高精度以及低相位噪声等优点。
本文将介绍DDFS的工作原理及其在实际应用中的重要性。
一、工作原理DDFS的核心组成部分是相位累加器（Phase Accumulator）、频率控制字（Frequency Control Word）和查表器（Look-up Table）。
相位累加器通过不断累加频率控制字的值，从而产生一个随时间线性增加的相位值。
查表器中存储了正弦波的采样值，通过查表器可以根据相位值得到对应的正弦波样本。
最后，通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
具体来说，DDFS的工作原理如下：1. 频率控制字：频率控制字是一个二进制数，用于控制相位累加器的累加速度。
频率控制字的大小决定了相位累加器每个时钟周期累加的值，从而决定了输出信号的频率。
2. 相位累加器：相位累加器是一个寄存器，用于存储当前的相位值。
相位累加器的值会在每个时钟周期根据频率控制字的大小进行累加。
相位累加器的位数决定了相位的分辨率，位数越多，相位分辨率越高，输出信号的频率分辨率也越高。
3. 查表器：查表器中存储了一个周期内的正弦波样本值（或余弦波样本值），通过查表器可以根据相位累加器的值得到对应的正弦波样本值。
4. 数模转换器：数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
通常使用的是高速数模转换器，能够将数字信号以高速率转换为模拟信号输出。
二、应用领域DDFS在许多领域中都有广泛的应用，其中包括通信、雷达、测量、音频处理等。
1. 通信领域：在通信系统中，DDFS被广泛应用于频率合成器、频率调制器和频率解调器等模块中。
通过DDFS可以快速、精确地合成所需的信号频率，实现高速数据传输和频谱分析等功能。
频率合成的原理及应用视频
频率合成的原理及应用视频1. 引言频率合成是一种将多个不同频率的信号进行合成，生成新的复合频率信号的技术。
通过频率合成，我们可以生成各种各样的音频信号，用于音乐制作、音频合成、声音合成等领域。
频率合成技术的发展使得音乐产生了革命性的变化，创造了更加多样化的音乐作品。
这个视频将会介绍频率合成的原理及其在实际应用中的一些例子。
2. 频率合成的原理频率合成的原理基于振荡器和混频器的组合。
频率合成器可以根据一组输入频率和幅度信息，输出所需的特定频率的复合信号。
频率合成主要依赖于两个核心组件：•振荡器：振荡器是一种电子设备，可以产生特定频率的周期性信号。
它们可以是简单的正弦波振荡器，也可以是复杂的波形合成器。
振荡器通常由振荡电路或晶体管实现。
•混频器：混频器是一种电子设备，可以将两个或多个不同频率的信号混合在一起。
混频器可以通过调整不同频率信号之间的相对幅度，生成新的复合频率信号。
频率合成的过程大致可以分为以下几步：1.输入待合成的频率信息和幅度信息。
2.使用振荡器生成具有特定频率的信号。
3.使用混频器将多个不同频率的信号混合在一起。
4.输出生成的复合频率信号。
3. 频率合成的应用频率合成技术在许多领域中得到广泛应用，以下是一些常见的应用示例：3.1 音乐合成频率合成技术在音乐制作中扮演重要角色。
通过合成器、调音台和效果器等设备，音乐制作人可以合成各种音乐乐器的声音，如钢琴、吉他、风琴等。
频率合成使得音乐制作人可以创造出各种奇特的音乐效果，为音乐作品增添独特的风格和魅力。
3.2 语音合成频率合成技术在语音合成中也得到广泛应用。
语音合成系统可以将文本或符号转化为声音信号。
通过合成器和音频处理算法，语音合成系统可以产生具有自然听感的合成语音。
这种技术被广泛应用于语音助手、导航系统、自动电话系统等各种语音交互应用中。
3.3 音频特效频率合成技术还可以用于音频特效的生成。
通过合成器和音频效果器，音频工程师可以产生各种特殊的音频效果，如回声、混响、声相位扭曲等。
频率综合器的结构
频率综合器的结构引言频率综合器是一种电子器件，用于将一个或多个输入信号的频率按照一定的规律合成为一个输出信号的器件。
频率综合器在通信系统、无线电设备、音频设备等领域中具有广泛的应用。
本文将介绍频率综合器的结构及其工作原理。
一、频率综合器的基本原理频率综合器的基本原理是利用相位锁定环（Phase-Locked Loop，简称PLL）来实现输入信号频率的合成。
PLL由相位比较器、低通滤波器、可变频率振荡器和分频器组成。
其工作原理如下： 1. 输入信号与可变频率振荡器产生的信号经相位比较器进行相位对比。
2. 相位比较器的输出经低通滤波器进行滤波，得到控制电压。
3. 控制电压作用于可变频率振荡器，使其输出信号的频率与输入信号的频率相同或相差一个整数倍。
4. 分频器将可变频率振荡器的输出信号进行分频，得到所需的输出频率。
二、频率综合器的结构频率综合器的结构可以分为三个部分：输入模块、PLL模块和输出模块。
2.1 输入模块输入模块用于接收外部的输入信号作为合成频率的参考信号。
输入模块通常包括滤波器、放大器和相位锁定环。
滤波器用于消除输入信号中的干扰，放大器用于增加信号强度，相位锁定环用于提供输入信号与合成信号之间的相位对比。
2.2 PLL模块PLL模块是频率综合器的核心部分，主要由相位比较器、低通滤波器、可变频率振荡器和分频器构成。
2.2.1 相位比较器相位比较器用于比较输入信号的相位与可变频率振荡器输出信号的相位差，产生控制电压。
2.2.2 低通滤波器低通滤波器对相位比较器的输出信号进行滤波，去除高频噪声，得到平滑的控制电压。
2.2.3 可变频率振荡器可变频率振荡器根据控制电压的调节，改变输出信号的频率，以实现输入信号频率的合成。
2.2.4 分频器分频器将可变频率振荡器的输出信号进行分频，得到所需的输出频率。
2.3 输出模块输出模块用于将频率综合器合成的输出信号输出到外部电路。
输出模块通常包括滤波器和放大器，滤波器用于去除合成信号中的高频噪声，放大器用于增加输出信号的幅度。
频率合成技术
1、直接模拟频率合成
直接模拟频率合成技术是一种早期旳频率合成技术，它用一种或几 种参照频率源经谐波发生器变成一系列谐波，再经混频、分频、倍频和 滤波等处理产生大量旳离散频率，这种措施旳优点是频率转换时间短、 相位噪声低，但因为采用大量旳混频、分频、倍频和滤波等途径，使频 率合成器旳体积大、成本高、构造复杂、轻易产生杂散分量且难于克制。 不能实现单片集成，逐渐被锁相频率合成，直接数字频率合成技术替代。
K
累加寄存器输出旳累加相位数据相加，把相加后旳成果送至累加寄存器旳数据输入端。累 加寄存器将加法器在上一种时钟脉冲作用后所产生旳新相位数据反馈到加法器旳输入端， 以使加法器在下一种时钟脉冲旳作用下继续与频率控制字相加。这么，相位累加器在时钟 作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此能够看出，相位累加器在每一种时钟 脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出旳数据就是合成信号旳相位，相位 累加器旳溢出频率就是DDS输出旳信号频率。
DDS问世之初，构成DDS元器件旳速度旳限制和数字化引起旳噪声这两个主要缺 陷阻碍了DDS旳发展与实际应用。近几年超高速数字电路旳发展以及对DDS旳进一步 研究，DDS旳最高工作频率以及噪声性能已接近并到达锁相频率合成器相当旳水平。
2、锁相频率合成技术 （1）锁相环路工作原理
PD ————产生误差电压 ，LF ————产生控制电压， VCO ————产生瞬时输 出频率
PLL环路在某一原因作用下，利用输入与输出信号旳相位差产生误差电压，并滤除其 中非线性成份与噪声后旳纯净控制信号控制压控振荡器，使相位差朝着缩小固有角频 差方向变化，一旦相位差趋向很小常数（称为剩余相位差）时，则锁相环路被锁定了，
波形存储器设计主要考虑旳问题是其容量旳大小，利用波形幅值旳奇、偶对称特征，能够节省3/4 旳资源，这是非常可观旳。为了进一步优化速度旳设计，能够选择菜单Assign|Global Project Logic Synthesis旳选项Optimize10(速度)，并设定Global Project logic Synthesis Style为FAST，经寄存器性 能分析最高频率到达100MHz以上。用FPGA实现旳DDS能工作在如此之高旳频率主要依赖于FPGA先 进旳构造特点。
频率合成技术原理
1.1 频率合成技术频率源作为通信系统中的重要组成部分，在通信系统中起到关键的作用，随着现代通信技术向着高速率、高频率的方向发展，要求频率综合器向着高频率、超宽带、小步进、快速跳频、低杂散、低相位噪声的方向发展错误！未找到引用源。
得益于电子器件和微电子技术的发展，频率合成技术也得到了突破性的发展。
尤其是数字频率合成技术的出现，大大促进了小步进、捷变频频率合成器的发展错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
1.1.1 数字直接频率合成技术数字频率合成器（DDS ）的组成主要有波形存储器 、相位累加器、低通滤波器、D/A 转换器等错误！未找到引用源。
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.1为其原理框图。
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.1 DDS 原理框图DDS 的工作为相位累加器在外部时钟的控制下对频率控制字进行线性累加，累加后得到相位码，作为正弦查找表的地址，通过查找表方式得到对应的正弦波的幅度码，在经过D/A 转换得到相应的阶梯波，最后经过低通滤波器得到平滑的正弦波错误！未找到引用源。
下面将分析DDS 输出频率与频率控制字的关系。
为了简化分析过程，假设输出信号为初始相位为0，幅度为1，那么输出正弦波可以表示为：(t)cos t cos2s ft ωπ== （2.11）其中f 为信号频率，从式中可知DDS 输出信号的瞬时相位是时间的函数，其就是利用这种联系实现所需要频率。
将f 表示为：22f t ωϕππ∆==∆ （2.12）其中ϕ为采样间隔t 时间内的相位增量， 22n K πϕ⋅∆=（2.13） n 为采样位数，采样周期1/c t f ∆=，可得：22c c n f K f f ϕπ∆⋅== （2.14）所以通过频率控制字K 即可实现对输出频率的控制，频率分辨率由采样位数n 决定错误！未找到引用源。
从上面的分析可知，DDS 作为频率合成器具有频率分辨率高、频率切换时间短等显著特点，但是也存很多不可避免的缺陷，如输出频率低、输出杂散较多等。
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。
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。
7.4频率合成器
12位可编程二进制计数器。 R: 3~4095（即212-1）
锁定时输出一 脉宽极窄的脉 冲；失锁时， 输出脉宽较宽 且不时变化的 矩形脉冲。
MC145146
f0 = (PN+A) fr
MC145系列集成频率合成器件， 采用CMOS工艺。其中MC145200、 MC145201工作频率可达2GHz。
高频电子线路
7.4 频率合成器
为实现高质量的无线通信，抗干扰，近代通信系统往往 要求通信机具有大量的、可供用户选择的、能迅速更换的频 率稳定度和精度很高的载波信号频率。 晶体振荡器虽然频率稳定度和精度很高，但其频率值只 能在很小范围内微调。 频率合成器作用：利用一个或多个基准频率，产生一系 列等间隔的频率。这些频率的频率稳定度和精度均和基准频 率的相同，且频率转换的时间很短。
高频电子线路
在一个计数周期内，总脉冲计数量为 N=(P+1)A + P (N-A) = PN+A 可变分频器的分频比为 f0’/ f0 =的组成与工作原理
吞脉冲可变分频器 f0 = (PN+A) fr
高频电子线路
3. 吞脉冲锁相频率合成器应用举例
N: 3~1027 （即210-1 ） A: 3~127 （即27-1 ）
高频电子线路
小结
·自动增益控制（AGC) 自动频率控制（AFC) 自动相位控制（锁相环PLL) ·锁相环PLL：利用相位调节消除频率误差 构成：鉴相器、环路滤波器、压控振荡器 ·锁相环的两种自动调节过程
高频电子线路
捕捉过程：失锁 锁定 环路捕捉带P ：能够由失锁到锁定的最大输入固有频差。 跟踪过程：锁定 维持锁定 同步带H ：能够保持跟踪的最大频差。又称跟踪带。
高频电子线路
2.4.3 频率合成器
㈢ 输出频率的连续调节
为了达到输出频率连续可调，在电路中加入一个内插振荡器。
100 KHz 基准频率
PD
VCO 1S
1.2-1.3 MHz
+ P
0-9 0-9
2
内插振荡器也是一个压控振荡器，其工作状态由选择开关S决定。 当S置于1，与低通滤波器和相位比较器等构成倍频环，输出1.2MHZ 的固定点频率。这时频率合成器只能输出离散频率，其分辨力取决于 该1.2MHZ频率送到哪一位DS-1单元。 当开关S置于2，则VCO作为一个频率连续可调的一般振荡器 工作，其频率在1.2～1.3MHZ范围内连续可调。分辨力仍取决于开 关S1到S5的位置。
5 MHz （基准） PD 1 VCO1 f0 “0”：101-102 MHz “1”：111-112 MHz “2”：121-122 MHz 111.1543210 MHZ
fd
fd
M (-) PD 2
f2 “0”：80 MHz “1”：90 MHz VCO2 “2”：100 MHz
由一个加法混频环1和一个倍频环2组成。 倍频环2的输出 f2为三个点频率：80，90和100MHZ，分别 对应于“10MHZ”度盘三个步位0，1，2。然后，它与VCO1的输 出频率 f0 混频，取其差频 fd = fo-f2，fd经滤波后与来自DS-2的输出 频率 fS（21～22 MHZ）进行相位比较，使本单元的输出频率为 fo = f2+ fS，即101～122 MHZ（有间隙）。
㈡ 十进制锁相合成单元
⒈ DS-1合成单元
100kHz
基准 1.8-2.7MHz M2 (+) 12-13 MHz 1/10 1.2-1.3 MHz
PD
1
模拟电子技术基础 7.4频率合成器PPT课件
7.4 频率合成器
为实现高质量的无线通信，抗干扰，近代通信系统往往要求通信机具有大量的、可供用户选择的、能迅速更换的频率稳定度和精度很高的载波信号频率。
晶体振荡器虽然频率稳定度和精度很高，但其频率值只能在很小范围内微调。
频率合成器作用：利用一个或多个基准频率，产生一系列等间隔的离散频率。这些频率的频率稳定度和精度均和基准频率的相同，且频率转换的时间很短。
三、改进思路
2. 由于固定分频器速度远比程序分频器的高，故采用由固 定分频器与程序分频器组成的吞脉冲可变分频器，可既 获得小的频率间隔，又显著提高输出频率。
采用多环式锁相频率合成器
构成吞脉冲锁相频率合成器
四、多环式锁相频率合成器
单环
单环
混 频 环 C
由设备内部各种不规则的电扰动所产生
7.4.2 锁相频率合成器
一、简单锁相频率合成器
晶体振荡器
参考分频器 ÷R
PD
LF
VCO
分频器 ÷N
fs
fs/R
fr
fo
fo/N
环路锁定时
fr = fs / R = fo / N
故得
fo = N fs/ R = N fr
改变N可得不同输出频率。
频率分辨率为fr 。
五、吞脉冲锁相频率合成器
1. 吞脉冲可变分频器
在一个计数周期内，总脉冲计数量为
N=(P+1)A + P (N-A) = PN+A
吞脉冲可变分频器的分频比为 f0’/ f0 =1/(PN+A) N、A均为整数0、1、2……
2. 吞脉冲锁相频率合成器的组成与工作原理
吞脉冲可变分频器
fA = (NA/100)fr
频率合成技术
fi
fi
÷N
fo=fi/N PD LPF VCO
（b）数字分频环 ）
（c）分频环简化图 ） 分频式锁相环原理图
第7页
电子测量原理
⑶混频式锁相环 混频环实现对频率的加减运算
fi1 PD fi2 M （－） （a）相加混频环 ） fi1 fi2 fo= fi1+ fi2 fi1 fi2 LPF fo-fi2 VCO fo= fi1+ fi2 f i1 fi2 PD M （＋） （b）相减混频环 ） fo= fi1- fi2 LPF fo+fi2 VCO fo= fi1- fi2
第4页
电子测量原理
二、锁相环（PLL）的基本概念 锁相环（PLL）
1. 锁相环基本工作原理及性能
锁相环是一个相位环负反馈控制系统。 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相 PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO） ）、环路滤波器 ）、电压控制振荡器 器（PD）、环路滤波器（LPF）、电压控制振荡器（VCO） 及基准晶体振荡器等部分组成 。
（a） 谐波倍频环 ）
（c）倍频环简化图 ） 倍频式锁相环原理图 第6页
电子测量原理
⑵分频式锁相环 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似， 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似，也有 两种基本形式。 两种基本形式。
fo=fi/N PD LPF 谐波 形成 （a）谐波分频环 ） fi ÷ N PLL fo=fi/N VCO
1MHz 晶振 谐波发生器（倍频） 谐波发生器（倍频） 分频（ 10） 分频（÷10） 8MHz 2MHz 6MHz 1MHz 混频（+） 混频（ 混频（ 混频（+）
混频（ 3MHz 混频（+） 9MHz 直接式频率合成原理框图
如何使用电路实现频率合成
如何使用电路实现频率合成一、引言频率合成是指通过对多个频率信号进行处理，在输出端生成一种新的频率信号的技术。
在现代电子技术中，实现频率合成的方法很多，其中电路方法是较为常见和实用的方式之一。
本文将介绍一种使用电路实现频率合成的方法及其原理。
二、频率合成电路的原理频率合成电路的设计要基于一些基本的电子元件，如电容器、电感器、晶体管、集成电路等。
具体原理如下：1. 积分和微分特性：积分和微分器是实现频率合成的重要技术基础。
积分器主要用于将某一频率信号的相位进行累加，从而实现多频率信号相位的合成。
微分器则是将信号的相位进行变化，以获得所需的频率合成输出信号。
2. 混频器：混频器也是实现频率合成的重要组成部分。
通过将两个或多个频率信号进行混频、相加、相减等运算，可以得到合成的频率信号。
3. 相锁环：相锁环是一种广泛应用于频率合成的反馈控制技术。
当输入信号与参考信号的相位差超过某个阈值时，相锁环将对输入信号进行调整，以使其与参考信号的相位保持同步，从而实现频率合成。
三、频率合成电路的实现步骤下面将详细介绍使用电路实现频率合成的具体步骤：1. 确定所需合成的频率范围以及分辨率。
根据实际需求，确定所需合成的频率范围和合成步进的频率分辨率。
2. 选择合适的电路元件和器件。
根据频率范围和分辨率的要求，选择适当的电路元件和器件，包括电容器、电感器、晶体管、集成电路等。
3. 设计频率合成电路的拓扑结构。
根据频率合成的需求，设计合适的电路拓扑结构，并确定各个电子元件的参数。
4. 实施电路布局与连线。
根据电路设计，进行电路元件的布局和连线，确保电路的正常运行并避免信号干扰。
5. 进行电路调试与优化。
对搭建好的电路进行调试与优化，根据实际效果进行相应的调整和改进。
6. 测试合成频率信号的准确性。
通过使用相应的测试仪器对合成的频率信号进行测量，确保其准确性和稳定性。
四、实例分享：数字频率合成器数字频率合成器是一种常见的电路实现频率合成的方法，通过数字电路和计算机进行控制，可以实现精确的频率合成。
频率合成器（CSYN）
频率合成器（CSYN）在现在通讯中，要求系统能够提供⾜够的信道，移动台也需要能根据系统的控制变换⾃⼰的⼯作频率，这就需要提供多个信道的频率信号。
将⼀个频率或多个频率变换成另⼀个或多个所需要的频率信号技术叫频率合成。
⼿机采⽤带锁相环的频率合成器。
⼿机频率合成器作⽤：是为发射和接受单元提供变频所需的本振信号，采⽤锁相环技术来稳定频率，它是从时钟基准电路获得频率基准。
利⽤频率合成器改变本振频率，那么为什么要改呢，因为⼿机是移动的，但移动到另外⼀个⼩区时，为⼿机服务的⼩区就变成另外频率，所以⼿机必须要改变⾃⼰的接受和发射频率。
频率合成器的种类：1、直接频率合成。
2、锁相频率合成（PLL）3、直接数字频率合成（DDS）下⾯重点说⼀下PLL电路结构及功能。
频率合成器两⼤作⽤：1、稳定VCO频率。
2、改变VCO频率。
Fo（输出频率）= Fi(参考频率）*N（⼏次分频）1、差考振荡OSC作⽤：在⼿机中，⼀般采⽤基准频率时钟VCO组件，输出频率是13MHZ或26MHZ，其振荡电路受逻辑电路提供的AFC（⾃动频率控制）信号控制，来保证⼿机与系统时间同步。
该频率不但给频率合成器提供参考信号，还给逻辑电路提供信号，如果该部件出现故障，⼿机⽆法开机。
2、鉴相器（PD）实际上是⼀个相位⽐较器，将VCO信号的相位变化转为电压变化。
输出的是脉动直流信好，经LPF滤除⾼频成分后去控制VCO.它的类型有：1、正弦波相位检波器，属于模拟电路。
2、脉冲取样保持相位⽐较器，属于数字电路。
3、低通滤波器它是⼀个RC电路，将⾼频成分滤除。
4、压控振荡器（VCO）它是⼀个电压/频率转换器，将PD输出的相位电压信号的变化转换成频率的变化，其关键器件是变容⼆极管（变容⼆极管是利⽤反偏电压变化，导致结电容变化，反偏电压与结电容是反⽐关系，从⽽改变频率）5、分频器（DIV）就是将输⼊的频率降成某⼀频率。
Fi=Fo*N,N就是N分频，⼀般由T触发器来实现。
频率合成技术原理
频率合成技术原理频率合成技术是一种用于产生特定频率的信号的技术。
通过频率合成技术，我们可以将一个或多个较低频率的信号组合在一起，从而得到一个高频率的合成信号。
频率合成技术在通信系统中得到广泛应用，特别是在无线通信和雷达系统中。
基于锁相环的频率合成是一种广泛使用的方法，它利用了锁相环电路的特性。
锁相环电路由相位比较器、环路滤波器、VCO（控制电压振荡器）和分频器组成。
其工作原理如下：1.相位比较器：相位比较器用于比较参考信号和VCO输出信号的相位差。
如果相位差存在，则相位比较器将产生一个纠偏信号。
2.环路滤波器：环路滤波器用于平滑纠偏信号，以便更好地控制VCO的频率。
3.VCO：VCO的频率受到环路滤波器输出信号的控制。
如果纠偏信号存在，则VCO的频率将增加或减小，以减小纠偏信号。
4.分频器：分频器将VCO的输出信号进行分频，以便产生所需的最终频率。
通过调节参考信号和锁相环中的其他参数，我们可以得到所需的合成频率。
基于锁相环的频率合成技术具有输出信号频率非常稳定的优点，可以实现高精度的频率合成。
另一种常见的频率合成技术是直接数字合成（DDS）技术。
基于DDS的频率合成器使用数字信号处理器（DSP）和相位累加器来产生输出信号。
1.相位累加器：相位累加器是一个数字计数器，用于累加一个固定的相位步进值。
这个相位步进值由控制器传递给相位累加器，并决定了输出信号的频率。
2.数字信号处理器：DSP接收相位累加器的输出，并使用一种数学公式将其转换为合成频率的数字表示。
该数字信号随后通过数字模拟转换器（DAC）转换为模拟信号。
3.数字模拟转换器：DAC将数字表示的信号转换为模拟信号，该信号经过滤波器以消除数字转换过程中引入的噪声和失真。
基于DDS的频率合成技术具有输出频率范围广、相位和频率调节较灵活等优点。
然而，由于其使用了数字信号处理器，因此在高频率合成时可能会受到时钟频率的限制。
总的来说，频率合成技术是一种通过组合较低频率信号以产生特定频率的信号的方法。
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j 1
C1 C2 C1C2
g
jg(
R(C1
j
C2) 1)
RC2
二.电流型鉴频鉴相器
V A (j)I0(j)Z (j)
代入拉氏变换
p 1
VA(p)2Ime(p)R1122 gpg(p112) 2
1 R1C
2 R2C 1 2
V A e((p p))I2m Rp1 p1gp1 21
二.电流型鉴频鉴相器
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
直接频率合成法
优点:频率转换时间短,可得到任意小数 值的频率增量
缺点:其合成的频率范围将受限制,且采 用了大量的混频,分频,倍频,滤波等装置, 使合成器不仅体积增大,成本增高.而且 输出的谐波的噪声及寄生频率难以抑制.
V A e((p p))I2m Rp1 p1gp1 21
p 1
1p
--------理想积分滤波器的传递函数
1
p 2
1
--------RC积分滤波器的传递函数
由此可知电流型鉴相器的积分滤波网络可以等效为一理想
二.电流型鉴频鉴相器
积分滤波器与RC积分滤波器的串联,其作用是使环路具有 理想二阶环的特点,并加强了对纹波和噪声的进一步的 滤除,有利于提高环路的性能.
仪器称为频率合成器.
第二章.频率合成器的工作原理和主要部件
3.分类: 按其合成的型式分为:
直接频率合成法 锁相频率合成法 直接数字频率合成法
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
§2-1-1 直接频率合成法
直接频率合成法是将基准信号通过脉冲 形成电路(谐波发生器),产生各次谐波,再 经过混频,分频,倍频,滤波等进行频率变 换和组合,最后产生大量的所需的离散信 号.
Vm
2
(
e
)
Vm
2
(3
e
)
§2-2-1 门鉴相器-----与非门
由此,可以画出与非门鉴相器的
vd(t) ~e 关系图
Kd
Vm
2
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
Vd VRVV
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
从图中可以看出,异或门输出的波形为输入波形周期的一半
从特性曲线可见:鉴频特性曲线呈S形状, 当频差越大(即n越大),鉴频输出的控制电 压也越大,使VCO的频率变化也越大,使 比较信号fv趋于fR,当fv=fR时,鉴频状态 自动转入鉴相状态,然后达到相位的锁定. 故这种数字鉴相器将鉴频与鉴相密切结 合,使用方便.
一.电压型鉴频鉴相器
特点: (1)电路具有鉴频和鉴相的功能. (2)电路能够全集成化,使用方便. (3)鉴相范围宽,输出纹波小. (4)对输入信号方波的占空比无特定要求. (5)在环路锁定时,无静态相位差. (6)要求输入信号具有较高的信噪比.
BG8使振荡电流I0为恒定值,相当于恒流 源.
Vc6 Ic6
RN
下面推导负阻关系
§2-3-1 集成负阻压控振荡器
采用电流型鉴相器的锁相环路具有如下的特点: (1)环路的相位锁定性能具有理想二阶环的特点. (2)不仅具有鉴相功能,还具有鉴频功能. (3)鉴相范围宽,捕捉带等于同步带 (4)输出纹波小 (5)电路便于集成,调试方便,性能可靠.
§2-3 压控振荡器
§2-3 压控振荡器
一.对于压控振荡器,一般应该考虑如下的要求:
(1)有一定的压控灵敏度K0 (2)控制特性的线性好 (3)频率覆盖范围大 (4)输出幅值的平稳度好 (5)开环的相位噪声低,频谱纯度高 (6)频率的稳定度高(短期和长期)
§2-3 压控振荡器
二.压控振荡器的分类: (1)LC压控振荡器 (2)负阻压控振荡器 (3)RC压控振荡器 (4)晶体压控振荡器(VCXO)
优点:电路结构简单,可以得到较高的指
标.
0.5
缺点:对VCO精度要求较高,要求在
fr
以内,如果超过这个范围,环路就会锁定
在邻近的谐波上,造成频道选择困难,而 且
倍频次数越高,分辨率就越差,因此,此方 法提供的频道数有限.
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
二.数字锁相法 数字式频率合成器是锁相式频率合成器
一.电压型鉴频鉴相器
ST002--------由数字比相器,恒压泵电路, 有源比例积分滤波器构成
一.电压型鉴频鉴相器
1.数字比相器 由9块与非门电路组成
波形图
图5-10 T4044同频鉴相波形 (a)R与V同相；(b)R滞后V；(c)R超前V
一.电压型鉴频鉴相器
结论: (1)此比相器只对输入脉冲信号的下降沿
差超过2 ,电路就自动进入到鉴频状态.
波形图
fR fV
一.电压型鉴频鉴相器
4.鉴频和鉴相特性 (1)鉴相特性
一.电压型鉴频鉴相器
V F 端输出的平均直流电压为
V F V d 2 10 e(t)|V m |dt |V 2 m |e(t)
Kd
dVd
de(t)
|Vm |
2
一.电压型鉴频鉴相器
负阻器件具有如图所示的伏安特性:存在电流随着电 压的升高而下降的区域,电流是电压的单值函数.
RN
V I
0
具体的电路如图2-29所示
二.E1648负阻VCO的工作原理
§2-3-1 集成负阻压控振荡器
1.BG1~BG5是为各级晶体管可设立的直 流偏置电路
§2-3-1 集成负阻压控振荡器
2.BG6~BG8是组成负阻压控振荡器的主 要部件.
(2)鉴频特性
fR fV
TR
TV n
n fR TV fV TR
一.电压型鉴频鉴相器
V F 端输出的平均直流电压为
VF0121
22n
0
Vmd t
21(22n)Vm
(1
1 n)Vm
一.电压型鉴频鉴相器
同理
fR fV
VF02 (1n1' )Vm
n' fV TR fR TV
一.电压型鉴频鉴相器
充放电电流相等,即|-I|=I,这时,鉴相器 经过低通滤波器后输出稳定的直流电压.
此鉴相器的主要优点是环路稳定,无静态 相差的存在.
环路锁定时
二.电流型鉴频鉴相器
数字式电流鉴相器 整个电路由数字比 相器,电流开关,积分 滤波网络三部分组 成.
其中集成块T1,T2与F 构成数字比相器.
D1,D2,BG1,BG2构成 电路开关.
I(t)的宽度反映了两个输入信号的相位差值. I(t)的极性反映了两个输入信号的相位差的正或负值.
二.电流型鉴频鉴相器
电流的平均值应为
I0
Im
2ห้องสมุดไป่ตู้
e (t)
直流分量即为时间的函数.
I0(j)2Ime(j)
二.电流型鉴频鉴相器
设积分网络C1,C2,R的阻抗为
R
Z( j) 1 jC2 jC1 R 1 jC2
(1)0e
1
vd(t)
0eVmdt
Vm
e
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
(1)e 2
1
vd(t)
02eVmd t
Vm
(2
e
)
§2-2-1 门鉴相器-----异或门
Kd
Vm
异或门鉴相器具有三角形鉴相特性,其鉴相灵敏度是与非门 鉴相器的两倍,重复频率也扩大一倍,从而使输出平均电压纹 波减小.
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
§2-1-2 锁相频率合成法 是一种通过晶体振荡器产生的标准信号,
在给定的范围内,产生同稳定度的大量的 离散频率信号.
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
一.脉控锁相法 脉控锁相式频率合成器是一种锁相电压
控制振荡器.
§2-1 频率合成的方法及其工作原理
§2-3 压控振荡器
其中: ❖ LC压控振荡器和负阻压控振荡器可产生很高的频率(几
百KHz~几百MHz),但是控制线性比较差,频率稳定度 较VCXO差. ❖ RC压控振荡器频率控制范围最宽,可达100%,线性度 也较好,但是频率稳定度比较差,工作频率低(几十 KHz~几十MHz). ❖ 晶体压控振荡器频率稳定度极高,但频率覆盖范围小, 只能在万分之几到千分之几内变化,压控灵敏度较低.
§2-2 数字鉴相器
§2-2 数字鉴相器
在锁相式频率合成器中,采用的鉴相器种类较 多.
一.鉴相器的分类
按鉴相特性:正弦形鉴相器 锯齿形鉴相器 三角形鉴相器
按电路性质分为:模拟鉴相器 数字鉴相器
§2-2 数字鉴相器
二.数字鉴相器的基本要求: (1)具有较大的鉴相灵敏度 K d (2)纹波输出小 (3)鉴相特性线性区域大 (4)具有鉴频能力
§2-2-1 门鉴相器-----与非门
1.与非门
Vd VVgVR
VR
VV
Vd
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
§2-2-1 门鉴相器-----与非门
基准信号VR与 VV比较信号的 占空比均为1:1, 其相差均为 e
(1)0e
(1)e 2
1
vd(t)2
0eVmd t
vd(t)21 03eVmd t
BG1为充电电流开关. BG2为放电电流开关.
二.电流型鉴频鉴相器
C1,C2和R构成积 分滤波网络.
场效应管BG3为源 极输出器,误差电 压从源极输出,加 到压控振荡器上去 控制VCO频率的 变化.
二.电流型鉴频V 鉴A (j相)器I0(j)Z (j)