倍频电路设计

2013 ~ 2014 学年第 1 学期

《高频电子线路》

课程设计报告

题目：信号的幅度调制—倍频电路的设计专业：通信工程

班级： 11通信2班

姓名：王来军张睿王东晨

关培蕾孟雪赵桃桃

指导教师：***

电气工程系

2013年12月28日

《信号的幅度调制—倍频电路的设计》课程设计任务书

摘要

倍频是信号振幅调制的一个单元电路。倍频器广泛应用于无线电通信发射机或其它电子设备的中间级。在用倍频实现高频、高稳微波振荡源的过程中，倍频器倍频效率的高低不仅对简化电路和保持电路稳定性影响较大，而且对整个电路杂散、谐波的抑制都起着重要作用。倍频器的作用是将输入信号频率值成整数倍（2倍、3倍…n倍）增加的电路。本文研究的即是利用集成锁相环芯片来实现倍频的。通过适当配置集成锁相环芯片，并将VCO输出进行N分频，即可实现N 倍频。本次设计采用的集成锁相环芯片是高频模拟锁相环NE564。

关键词：倍频;集成锁相环;分频;VCO;NE564

目录

《信号的幅度调制—倍频电路的设计》课程设计任务书....................................... II 摘要...................................................................................................................... I II 目录............................................................................................................................ I V 第一章方案论证及选择 (1)

1.1实现倍频方法 (1)

1.2整体方案介绍 (2)

第二章各部分原理分析 (4)

2.1压控振荡器部分 (4)

2.2鉴相器部分 (4)

2.3环路滤波器部分 (5)

2.4锁相环工作过程的定性分析 (6)

第三章整体电路设计与参数计算 (9)

3.1主要芯片介绍 (9)

3.1.1集成锁相环NE564 (9)

3.1.2 集成计数器74LS193及两4输入与非门74LS20 (10)

3.2整体电路 (10)

3.2.1 分频部分电路 (10)

3.2.2 整体电路 (11)

3.3参数计算 (12)

3.4实验结果仿真与分析 (13)

第四章小结与体会 (15)

附录 (16)

材料清单 (16)

参考文献 (17)

答辩记录及评分表 (18)

第一章 方案论证及选择

1.1 实现倍频方法 一、傅里叶法

这是一种最简单的模拟倍频方式，它采用了傅里叶级数。每一个周期性的信号能定义为一个基频及它的谐波部分的和。如果将变换振荡器的正弦波输出为方波，那么就可用下面的关系式：

接着就必须选择正确的次谐波，即可通过一带通滤波器来选择所要的部分这种方法的局限在于：仅适用于低频情况。 二、锁相环法

这是一种最简单的倍频方法。在这个方法中，输出频率不是直接是基准频率的倍频，而是出于一个电压控制的独立的振荡器，它是通过一个相位比较器与基准频率同步。要被比较的频率是除以倍频因子 n 。由于频率分割，压控振荡器（VCO ）必须产生乘以 n 的倍频。分割后进入反馈回路，使在比较器输入端有相同的频率。这种方法的局限在于：在大的频率范围内容易实现，而由于反馈回路及比较器的延迟引起抖动差一些。 三、参量法

它是由Fordahl 公司开发了一个新的倍频模拟方法，该方法采用了基于在半导体之间给出的参数转移实现乘法功能的硬件，在其输出端具有一个次谐波衰减可选择的倍频系数。一个输出带通滤波器加以改善次谐波的衰减。由于模拟倍频类型，其频率 n×Fref 的频谱纯度改善了，并且相位噪声及抖动降低了。此种方法在低频及高频时都能很好工作，但是相比前两种方法更复杂。下图是三种方法优缺点对比。

00011

()sin()sin(3)sin(5)35

x t t t t ωωω=+

**+**

+

表1.1 三种方法优缺点

因此综合以上几种方法比较得出，这里选用的是第二种方法：锁相环法来实现倍频的。 1.2 整体方案介绍

锁相环倍频电路是一个闭环频率反馈系统，它主要由鉴相器、低通滤波器、压控振荡器和累加计数器构成。锁相环是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路，但它的基本原理是利用相位误差电压去消除频率误差，所以当电路达到平衡状态之后，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。它包含压控振荡器（VCO ），鉴相器（pd ）和环路滤波器（LF ）三个基本部件，三者组成一个闭合环路。

下图1.1为锁相倍频电路的原理框图。

图1.1 锁相倍频电路的原理框图

鉴相器（PD ）又称为相位比较器,它是用来比较两个输入信号之间的相位差

()e t θ。鉴相器输出的误差信号()d u t 是相差()e t θ的函数,即基本环路方程。

环路滤波器(LF)是一个线性低通滤波器,用来滤除误差电压()d u t 中的高频

f r

f 0＝Nf r

分量和噪声,更重要的是它对环路参数调整起到决定性的作用。

压控振荡器(VCO)是一个电压-频率变换器,在环路中作为被控振荡器,它的

u t线性地变化。

振荡频率应随输入控制电压()

c

累加计数分频器是将VCO产生的输出信号频率除以N，这个因子多数情况下可变或可编程控制，分频器通常由触发器（如RS触发器、JK触发器或是T触发器）级联而成。