锁相环频率合成器的发展及应用

１１ 模拟 锁相 环频 率合 成器 ．全
第 一块 锁相 环频 率合 成器 是在 １６ 年左右 出 ９５
现 的 ，这种锁 相 环是 一个 全模拟 锁 相环 。鉴相器 是
一
个 四象 限正交 模拟 乘法 器 ，环 路滤 波器 是无源 或
有源 ＲＣ滤波 器 ，压控 振 荡器产 生锁 相环 的输 出信
中图分 类号 ：Ｔ ４ Ｎ７ 文献标 识码 ：Ａ
Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔａ ｄＡｐ ｉａｉ ｎｏ ｅＰＬＬ ｒ ｑ ｅ ｙ Ｓ ｎ ｈ ｓｚ ｒ ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｐｌｃ ｔｏ ｆｔ ｈ Ｆ ｅ ｕ ｎｃ ｙ ｔ ｅ ｉｅ
Ｌ Ｄａ ｇｅ ｇ Ｉ ｎ ｆｎ
Ａ ｂｓ ｒ ｃ ： Ｐ ｒｑ ｅ ｃ ｙ ｔｅｉｅ ａ ｈ ｂｏ ｄ ａ ｐｉａｉｎ ｉ ｍｏ ｅ ｅｅｔｏ ｉ ｃ ｍｍｕ ｉａｉｎ ｙ ｔｍ ｓ ｔ ｔ ａ ｔ ＬＬ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｓ ｎｈ ｓｚ ｒ ｈ ｓｔ ｅ ｒ ａ ｐ ｌ ｔ ｓ ｎ ｃ ｏ ｄ ｍ ｌｃｒ ｎｃ ｏ ｎｃｔｏ ｓ ｓｅ ，ｉ ｓ
２１ ０ ０年 １ ２月第 ６期
现 代 导 航
锁相环频率合成器 的发展及应用
李党锋
（ 国 电子 科 技 集 团 公 司 第 二 十 研 究 所 ，西安 ７０ ６ ） 中 １０ ８
摘
要：锁相环频率合成器在现代 电子通信 系统 中有着广泛的应用。本文主要介绍 了锁相环
频率 合成 器 的发展 历程 ，各 阶段 的 工作 原 理 ，并描 述 了一个锁 相环 频 率合 成器 的应 用 实例 。 关键 词 ：锁相 环 ；频 率合成 器；小数 分频
频 率 合 成 器 一般 分 为直 接 模 拟 式 频 率 合 成 器 （ ＡＳ 、间接锁 相环 （Ｌ ） 率合 成器 和直 接数 字 Ｄ ） Ｐ Ｌ频 式频 率 合 成 器 （ ＤＤＳ 三种 基 本 类 型 。锁 相 环（ Ｌ ） ） Ｐ Ｌ 频率合 成器 具有 频率 稳定 性高 ，相位 噪声低 、体 积 小 、功 耗低 ， 电路 结构 简单 ，易 于集 成等优 点 ，因
是 发射 机 的激 励 信 号 源 ，又 是 接 收 机 的本 地 振 荡
器 。随着通信 、导航和 雷达 等技术 的发展 ，对频 率 源 的频 率稳 定度 、频谱 纯度 、频率 范 围和分 辨率 提
出越来 越 高的要 求 ，频率 合成 器成 为 决定 电子系 统 性能指 标 的关键 设备 ，被 喻 为现代 通信 电子 系统 的 “ 心脏 ” 。
Ｋ ｅ ｏ ｄ ： Ｐ Ｌ； Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙＳ ｎｈ ｓ ｅ； Ｆ ａ ｔ ｎ ｌ ｙｗ ｒ ｓ Ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｙ ｔ ｅｉ ｒ ｚ ｒｃｉ ａ ｏ Ｎ
频 率合 成理 论 由 ２ ０世 纪 ３ ０年 代提 出， 今 已 至 有 ８ 年发展 历 史 。所 谓频 率合 成是 指将 一个 高精 ０ 度 、高稳定度 以及高频 谱 纯度 的振 荡信 号 （ 常 由 通
减 、乘 、除等 基本 运算 ，获 得一个 或 几乎相 同频谱
纯度 的频 率信 号 。频 率合成 器 已广泛 用于 通信 、导 航 、雷 达 、电子 对抗 、航 空 、航海 、计算 机 、Ｉ Ｔ行
器 、∑ △ 小数 分频 锁相 环频 率合 成器 等几 个发 展阶 一
段。
业等各 领域 。在 通信 、导航 和雷 达等 设备 中 ，它 既
图 ｌ全 模 拟 锁 相 环频 率合 成 器 原 理 框 图
Ｎ分 频器
图 ２ 混合 信 号 锁 相 环 频 率合 成 器 原 理 框 图
． ．
加 ０
年
Ｎ分频 器
图 ３ 电荷 泵 锁 相 环频 率 合 成 器 原 理框 图 １ ຫໍສະໝຸດ ３电荷 泵锁相环 频率 合成器
电荷 泵锁 相 环 是 对 混 合 信 号锁 相 环 的进 一 步
此，本文重点讨论的是锁相环（Ｌ ） Ｐ Ｌ频率合成器 。
收稿 日期 ：２ １．１ ９ ０ ０ １－ 。 ２
现 代 导 航
或 门、 Ｋ触 发器 构成 的鉴相器和 鉴频 鉴相器 ， Ｊ 环路
原理框 图如 图 ２ 。
滤 波器和 压控振 荡器 等其余部 分仍然 是模拟 电路 。
Ｎ分 频器
现 今 大 多 数整 数 分频 频 率 合 成 器 都 是 电荷 泵
锁相 环 结构 ，其 原理如 图 ３所 示 ，包 括晶 体振荡器
１锁 相 环 频 率 合 成 器 的发 展
锁 相 环 频 率 合 成 器 经 历 了全 模 拟 锁 相 环 频 率
合成器 、混 合信 号锁 相环 频率 合成 器 、电荷泵 锁相 环频 率合 成器 、ＦＮＰ Ｌ 小数分 频锁 相环 频率 合成 Ｌ
石英 晶体产 生 ） 为基准 频率 ， 需要 对其 进行 加 、 作 按
ｐ ｏ ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｎ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ ｉ ｄ ｓ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓ ｄ ｓｅ ｔ ｔ ｎ ｒ ｍｏｉ ｎ ｒｎ ｉ ｌ ｓ ｉ ｉ ｒ ｎ ｅ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｐ ｒｏ ｓ ｗａ ｎ ｒ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉｓ ｒ ｉ ．Ｏｎ ｐ ｃ ｆ ａ ｅ ｏ ｈ Ｌ ｏ ｆ ｏ ａｏ ｅ ｓ ｅ ｉ ｃ ｃ ｓ ｆｔ ｅ Ｐ Ｌ ｉ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｓ ｎ ｈ ｓｚ ｒ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｗａ ｅ ｎ ｔａｅ ｌｏ ｒ ｑ ｅ ｃ ｙ ｔ ｅ ｉ ｅ ｐ ｉ ｔ ｓ ｍｏ ｓ ｔｄ ａ ｓ ． ａ ｃ ｏ ｄ ｒ
号 ，这 种全模 拟 锁相 环又 称 为线性 锁相环 。原 理框 图如 图 １ 。 １ ． 合信 号锁 相环 频率 合成 器 ２混 随着集 成 电路 的进一 步 发展 ，锁 相环 渐渐地 采 用 了更 多 的数字 电路 ，第一 块混 合信 号锁 相环 是在 １７ ９ ０年左 右 出现 的 ， 这种 混合 信号 锁相 环 中鉴 相 在 器 是用 数字 电路 来 实现 的 ，其 中典型 的鉴 相器 是异