基于NE564的锁相倍频电路(32倍频)

用NE564构成锁相倍频器（32倍频）系统设计作者XXX指导教师马玲摘要：NE564是一种工作频率可高达50MHz的超高集成锁相环路芯片，内部有鉴相器，环路滤波，压控振荡器等基本电路环节构成回路的一种集成电路的芯片，NE564的功能是输出信号与参考信号之间的比较，然后经过环路滤波产生的电压信号控制严控振荡器来实现频率的跟踪、捕捉与锁定。

74LS393有分频器的作用，NE564输出的信号经过74LS393分频以后的信号经过鉴相器，实现倍频，所以在其与NE564一起工作可实现锁相倍频的作用，是构成锁相倍频器的主要器件，再辅助一些其他器件，就可实现对高频信号的锁相倍频功能。

关键词：倍频、锁相环路、分频、NE564、压控振荡器NE564 constitute a phase-locked frequency multiplier (32 multiplier)system designAuthor XXXGuide Teacher Ma LingAbstract：NE564 is a PLL chip operating frequency up to 50MHz ultra-high, phase detector, loop filter, VCO circuit links constitute a circuit of an integrated circuit chip. The function of this chip is compare the output signal and consult signal then realize the function of tracking, capturing and locking frequency by control voltage the loop filter produced. 74LS393 is a chip has the function of sub-frequency. The signal output from NE564 through 74LS393 sub-frequency after phase detector to realize multiplier. So this chip work with NE564 can realize multiplier and is the main component to consist a phase-locked device and assisted anther component can realize the function of signal phase-locked and frequency multiplication.Key words: Octave、PLL、frequency、NE564、VCO目录1 绪论 (1)1.1 研究现状 (1)1.2 研究目的 (1)1.3 研究内容 (1)2 锁相环路基本原理 (1)2.1锁相环路的基本组成 (2)2.1.1 鉴相器 (3)2.1.2 压控振荡器 (3)2.1.3环路滤波器 (3)2.2锁相环的两种调节过程 (3)2.2.1跟踪过程 (3)2.2.2捕捉过程 (4)3 集成锁相环NE564介绍及其应用 (4)3.1锁相环NE564基本介绍 (4)3.1.1限幅放大器 (6)3.1.2鉴相 (6)3.1.3压控振荡管 (6)3.1.4输出放大器与直流恢复电路 (7)3.1.5施密特触发器 (7)3.2 NE564基本应用电路 (8)4 分频器74LS393介绍 (8)5 锁相倍频器系统的总体设计 (11)5.1功能要求 (11)5.2设计思路及数据的计算 (11)5.3 总体电路设计 (12)5.4 设计实验内容 (13)5.5射极电压跟随器输出电路 (13)6 调试与测试 (14)结论 (15)致谢 (16)参考文献 (16)1 绪论1.1 研究现状许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。

目前锁相技术可广泛的应用于广播电视，雷达通信，抑制电网干扰，时钟同步等领域。

集成锁相环电路在跟踪滤波、调制解调、频率合成、载波同步、位同步、FM 立体声解码、电机调速稳速、锁相接收机、相移器、频率变换、同步滤波、自动跟踪调谐、微波锁相频率等方面都有广泛的应用。

国内外常用的集成锁相环电路已有数百个品种，如NE564、CD4046等，我们可以通过利用这些集成芯片制作锁相倍频系统，另外我们还可以基于FPGA 来设计锁相倍频系统，从而在相应的技术领域实现相应的功能。

在本文中我们是用集成锁相环NE564来进行设计锁相倍频系统的。

1.2 研究目的随着科技的进步，电子通讯产品越来越多的进入人们视野，在此我们会应用到各种各样的信号，面对这些信号，我们有好多头痛的问题，比如信号的频率不稳定的问题，在此，我们就可以运用锁相环，来跟踪锁定频率，并消除之间的频率误差，达到一种稳定值。

随着今后的发展，这种技术会运用的更加纯熟，精度要求及各种性能参数的指标会更加严格与完善，同时面临的范围也会更加宽广，领域范围也会更加全面化。

1.3 研究内容本次毕业设计主要是应用集成锁相环NE564进行倍频锁相系统的设计。

在基本锁相环的反馈通道中插入分频器，就构成了锁相倍频电路。

锁相倍频电路中，所使用的锁相为NE564，它是一种工作频率可达50MHz 的超高频集成锁相环。

在锁相倍频中74LS393为分频器，分别可以进行2~32分频。

输出误差电压控制VCO ，最终使VCO 输出R Nf f 0的频率，达到倍频的目的。

2 锁相环路基本原理锁相环路是一种实现频率跟踪的自动控制电路，而且这种跟踪是无误差的，即VCO 输出频率恒等于输入信号频率。

在PLL 中，控制输入电压i V t 的角频率和VCO 振荡角频率之间保持相等的要求，不是直接利用他们之间的频率误差，而是利用他们之间瞬时相位误差e t来实现的。

其实，频率与相位之间存在着确定的关系。

假设某种不稳定因素使VCO 振荡角频率大于输入信号角频率，则两个矢量的瞬时相位差将随时间不断增大，鉴相器产生的误差电压也就相应的变化，通过低通滤波器后，加到VCO 上，使其振荡频率不断被调整，直到VCO 角频率y w t 等于输入信号角频率i w t ，环路锁定时，瞬时相位差便保持恒值。

这时鉴相器输出恒定误差，并用这个误差电压控制VCO 振荡角频率，使它稳定的等于输入信号角频率。

环路达到最后的这种状态就称为锁定状态。

可见，环路未锁定前，鉴相器输出不断变化的误差电压，进行频率搜索，一旦找到输入信号角频率，鉴相器便输出恒定误差电压，用来保持环路锁定。

当然由于控制信号正比于相位差，即)()(t q t V e d （1） 因此在锁定状态，e t 不可能为0，换言之在锁定状态0V t 与i V t 仍存在相位差。

2.1锁相环路的基本组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。

锁相环由三部分组成，如图2-1所示。

图2-1 锁相环组成方框图它包含压控振荡器（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，输入信号为i V t ，输出信号为0V t ，反馈至输入端。

下面逐一说明基本部件的作用。

2.1.1 鉴相器PD是一相位比较装置，用来检测环路输出信号V t与VCO输入信号之间的相位差e t，并把et转化为电压dV t输出，dV t称为误差电压，通常dV t为一直流量或一低频交流量。

一般情况下采用相乘型鉴相器和采用包络检波的叠加型鉴相器。

2.1.2 压控振荡器VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压一频率变换器，实际上还有一种电流一频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。

它的作用就是产生频率随控制电压变化的振荡频率。

一般情况下，压控振荡器的振荡频率随控制电压变化的特性是非线性的，但是在有限的控制电压范围内，我们可以把它看做是线性的。

2.1.3环路滤波器LF为一低通滤波电路，其作用是滤除鉴相器输出电流中的无用组合频率分量及其他干扰分量，以达到环路所要求的性能，并保证环路的稳定性。

在锁相环路中，常用的低通滤波器有RC滤波器，无源和有源的比例积分滤波器。

2.2锁相环的两种调节过程在锁相环路有两种不同的自动调节过程。

一是跟踪过程，二是捕捉过程。

下面就对跟踪过程和锁定过程进行讨论。

2.2.1跟踪过程在环路锁定之后，若输入信号频率发生变化，产生了瞬时频差，从而使瞬时相位差发生变化，则环路将及时调节误差电压去控制VCO，使VCO输出信号频率随之变化，即产生新的控制频差，VCO输出频率及时跟踪输入信号频率，当控制频差等于固有频差时，瞬时频差再次为零，继续维持锁定，这就是跟踪过程，在锁定后能够继续维持锁定所允许的最大固有角频差1mw的两倍称为跟踪带或同步带。

2.2.2捕捉过程环路原先是失锁的，通过自身调节由失锁进入锁定的过程称为捕捉过程，能够进入所允许的最大值称为捕捉带。

设0t时环路开始闭合，此前输入信号角频率i w 不等于VCO 输出振荡角频率yo w （因控制电压0c u ），环路处于失锁状态。

假定i w 是一定值，二者有一瞬时角频差1i yo w w w ，瞬时相位差1w 随时间线性增大，因此鉴相器输出误差电压1sin e U t kb wt 将是一个周期为12/w 的正弦函数，称为正弦差拍电压。

所谓差拍电压是指其角频率（此处是1w ）为两个角频率（此处是i w 与yo w ）的差值，角频差1w 的数值大小不同，环路的工作情况也不同。

若1w 较小，处于环路滤波器的通频带内，则差拍误差电压e u t 能顺利通过环路滤波器加到VCO 上，控制VCO 的振荡频率，使其随差拍电压的变化而变化，所以VCO 输出是一个调频波，即y w t 将在yo w 上下摆动。

由于1w 较小，所以y w t 很容易摆动到i w ，环路进入锁定状态，鉴相器将输出一个与稳态相位差对应的直流电压，维持环路动态平衡。

若瞬时角频差1w 数值较大，则差拍电压e u t 的频率较高，它的幅度在经过环路滤波器时可能受到一些衰减，这样VCO 的输出振荡角频率y w t 上下摆动的范围也将减小一些，故需要多次摆动才能靠近输入角频率i w t ，即捕捉过程需要许多个差拍周期才能完成，因此捕捉时间较长，若1w 太大，将无法捕捉到，环路一直处于失锁状态。