PLL课程设计报告

PLL课程设计报告

——频率合成器的设计与制作

系别：

班级：

姓名：

学号：

时间：

目录

一、设计内容与要求 (2)

二、设计思路 (2)

三、方案论证与比较 (2)

1．压控振荡器的设计方案论证与选择 (2)

2．频率合成器的设计方案论证与选择 (3)

3．控制模块的设计方案论证与选择 (3)

4. 功率放大电路方案选择与论证 (3)

5. 电源方案选择与论证 (3)

四、系统组成 (3)

五、模块电路设计分工 (4)

六、单元电路设计 (4)

1．压控振荡器与调频电路设计 (4)

2．PLL频率合成电路设计 (4)

3．环路滤波器的设计 (5)

七、总体电路设计 (8)

八、电路调试及注意事项 (8)

九、心得体会 (8)

十、致谢 (8)

十一、参考文献 (9)

附录一 (10)

锁相式数字频率合成器的设计与制作

一、设计内容与要求

1、设计内容

根据《锁相技术》介绍的原理和方法，结合实验室现有的仪器和设备，基于可编程的锁相环集成电路MC145151-2设计一个频率合成器。

2、设计要求

一个基于锁相环的正弦波发生器，要求通过拨码开关控制使在5MHZ-108MHZ间可稳定输出间隔频率。

二、设计思路

锁相环路工作原理框图如下

图1-1

鉴相器将输入相位Ø1与输出相位Ø2进行比较，得到误差相位,并得到误差电压Ud，误差电压经过环路滤波器

得到控制电压Uc，控制点压加到压控振荡器上使之产生频率，来跟踪输入信号频率。若输入为固定频率，再Uc

的作用下，输出频率向输入频率靠拢，一旦达到两者相等时，若满足一定条件就能稳定下来，达到锁定。锁定之

后，被控的压控振荡器频率与输入信号频率相同，两者之间为一定的稳态和相位差。

设计一个频率合成器，使其输出5MHz到108MHz的频率信号，频点数为200个，频率间隔为25KHz。该设计

的核心是数字频率合成技术，利用锁相环的原理，使VCO的频率锁定在参考频率的稳定度上，并使用前置分频器

分频。控制部分采用拨码开关来完成，并附带电源电路。本实验分两步，第一步制作30MHz以下的频率合成器，

此时可不用前置分频器分频。第二步制作30MHz以上的频率合成器。

三、方案论证与比较

1．压控振荡器的设计方案论证与选择

方案一：采用分立元件构成。利用低噪声场效应管J310作振荡管，用两对变容二极管直接接入振荡回路作

为压控器件，电路属于电感三点式振荡器。该方法实现简单，但是调试困难，而且输出频率不易灵活控制。

方案二：采用压控振荡芯片MC1648和变容二极管，外接一个LC谐振回路构成变容二极管压控振荡器。选

取适当的电感，便可改变MC1648的输出频率。另外，MC1648内部有放大电路和自动增益控制，可以实现输

出频率稳幅，射极跟随器有隔离作用，可减小负载对振荡器工作状态的影响。由于采用了集成芯片，电路设计简

单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使输出频率稳定度进一步提高。

综上，拟定方案二利用压控振荡芯片MC1648和变容二极管，外加一个LC并联谐振回路来设计压控振荡器。

2．频率合成器的设计方案论证与选择

频率合成是整机的核心，为了得到高度稳定的频率输出，并且输出频率可调，可以采用锁相环频率合成技术，输出频率稳定度与晶振的稳定度相当，达到10-5，频率步进可以为任意值。

方案一：模拟锁相环路法，通过环式的减法降频，将VCO的频率降低，与参考频率进行鉴相。优点是：可

以得到任意小的频率间隔；鉴相器的工作频率不高，频率变化范围不大，比较好做，带内带外噪声和锁定时间易于处理。不需要昂贵的晶体滤波器。频率稳定度与参考晶振的频率稳定度相同。缺点是分辨率的提高要通过增加循环次数来实现，电路超小型化和集成化比较困难。

方案二：数字锁相环路法，通过数字逻辑电路把VCO（压控振荡）的频率降低到鉴相器的参考频率上，采

用的是除法降频。除具有方案一的优点外，克服了方案一的缺点，还能与灵活方便的数字电路结合，做成数控可变分频，得到任意的频率，并且便于集成化，大大简化电路连线，缩短电路制作时间，降低整机体积。

综合考虑，本设计采用方案二。

3．控制模块的设计方案论证与选择`

方案一：采用位拨码开关控制。

方案二：采用单片机控制。

考虑到目前使用单片机控制成本较高电路较为复杂，作为实验，选用方案一更合适。

4. 功率放大电路方案选择与论证

方案一：采用电子管作为高频功放的电子器件。就高频大功率而言，电子管在输出功率和最高工作频率方面仍占优势。

方案二：采用晶体管作为高频功放的电子器件。晶体管具有体积小、重量轻、耗电省、使用寿命长等优点，但其内部物理过程比电子管复杂得多，且其高频功放工作状态的计算十分困难，通常只进行定性的分析与估算，再依靠实验调整到预期的状态。

方案三：也可以采用LM358芯片作为放大器和滤波器使用，其特点是易于实现、易于调试，以及电路简单

等特点。

结合本设计实际需要考虑，决定采用方案三。

5. 电源方案选择与论证

由于本次实验采用实验室的12V电源供电，而我们需要的是12V和5V的电源，故最后用三端稳压管7805和7809进行稳压，可得到＋5V和+2V。

四、系统组成

经过一系列的方案比较与论证，最终确定的系统组成框图如图1-2所示。由MC145152、MC1648系列集成电路组成数字锁相频率合成器；采用变容二极管调频。用户可使用简易拨码开关控制发射频率，同时通过示波器监测发射频率向用户反馈信息。注：该系统组成框图中未包含前置分频器。

图1-2系统组成框图

五、模块电路设计分工

由系统组成框图，我们将其分为三个设计模块，具体划分和分工如下：

第一设计模块：PLL频率合成及前置分频器和电源电路设计——汪彦俊

第二设计模块：压控振荡器电路设计——卢娜