射频微波电路导论 课件(西电版)第10章.ppt

第十章频率合成器,频率合成器技术十近代射频/微波系统的主要信号源。调频电台、捷变频雷达、移动通信等核心无线系统都采用频率合成器。而且现代电子测量仪器的信号源都是频率合成器,频率合成技术：将一个高稳定度和高精度的标准频率信号经过加、减、乘、除等四则算术运算以及倍频、分频和混频等手段，产生有相同稳定度的大量离散频率,频率合成器种类,1直接频率合成器,2锁相环频率合成器（PLL）,3直接数字频率合成器（DDS）,4PLLDDS混合结构,其中第一种已经很少使用了，第二、三、四种都有广泛应用,1直接频率合成器,基准信号通过脉冲形成电路产生谐波丰富的窄脉冲，经过混频、分频、倍频、滤波等进行频率的变换和组合，产生大量离散频率，最后取出所需频率,优点：频率转换时间短，并能产生任意小数值的频率步进,缺点：采用大量倍频、分频电路，造成合成器庞大体积和重量，而且输出谐波、噪声和寄生频率难以抑制,2锁相环频率合成器（PLL）,把压控振荡器的输出信号与基准信号的谐波在鉴相器进行相位比较，当两者接近时，环路就自动把振荡频率锁到这个谐波频率上,优点：结构简单，指标可以做的较高缺点：提供的频道数有限,1基本原理,2数字式频率合成器,数字式频率合成器是锁相环频率合成器的一种改进形式。,压控振荡器输出信号进行N次分频后再与基准信号进行相位比较，当环路锁定时，压控振荡器的输出频率与基准频率的关系NR。其输出频率为参考频率的整数倍,优点：锁相环相当于一个窄带跟踪滤波器，具有良好的窄带跟踪滤波器特性和抑制输入信号的寄生干扰能力。有利于小型化，集成化。被广泛应用,PLL基本理论,基本锁相环结构,典型ChargePump锁相环输入与输出关系,PLL开环增益,反馈路径传输函数,闭环增益,系统中个部分的传输函数,非VCO源传输函数曲线,VCO传输函数曲线,各部分对总的输出相噪恶化关系曲线,VCO相位噪声对输出信号的相位噪声的影响,相位噪声恶化计算,3直接数字频率合成器（DDS）,从相位概念出发，直接合成所需要波形,DDS优点：1输出频率相对带宽较宽（50s）2频率转换时间短（改变控制字，经过一个时钟周期就可实现）3频率分辨率极高（由累加器位数N决定，分辨率可达1Hz，甚至到1mHz）4相位变化连续（保持了信号相位的连续性）5输出波形灵活（在DDS内部加上相应控制实现调频、调相和调幅，改变DDS波形存储器实现任意波形输出）,DDS缺点：1最高输出频率受限2输出杂散大,4PLLDDS频率合成器,用DDS作为PLL的可变参考源,1.DDS作为参考源,2.DDS内插合成,3.DDS倍频方案,锁相环频率合成器PLL,现代PLL的基本结构,频率合成器的组成元器件有：标准晶振频率源、频率合成芯片、环路滤波器、压控振荡器、单片机或者其他数字控制芯片,1晶体振荡器常用的有恒温晶振OCXO、温补晶振TCXO、数字温补DCXO，频率稳定度等指标都非常高,2PLL集成电路包括参考标准频率源的分频器、VCO输出信号分频器、鉴相器、输出电荷泵等。上述两个分频器可对标准频率和输出频率进行分频，得到两路同频信号，再进行相位比较，相位差送入电荷泵（电荷泵输出电流于相位差成比例），输出给LPF专成误差电压控制VCO。常用PLL芯片的公司有MOTOROLA、HITTITE、LM、AD等，典型有LM2326系列，以及AD4360系列,3压控振荡器VCO利用可变电容器实现输出频率调节的振荡器国内十三所以及国外的MINI、HITTITE、Z-COMM等公司的VCO指标都非常可靠,4低通滤波器LPF鉴相器输出不但包括直流误差控制信号，还包括一些高频谐波成分，会影响VCO电路工作，需要用低通滤波器滤除，防止对VCO电路造成干扰。LPF对整个频率合成的的性能影响很大，直接影响到频率合成器的相位噪声和切换速度，所以设计频率合成器时应该重点设计。而且对于锁相源，其他器件选定之后，其特性指标就已经确定，所以低通滤波器设计是锁相源设计的重点。,四种不同形式的环路滤波器LPF,利用ADF4360集成VCO系列构成的PLL频率合成器,利用A