高频电子电路72

1、7.6 锁相环的典型应用锁相环的典型应用1、锁相倍频、锁相倍频 在在锁相环路的反馈通道中插入分频器就可构成锁锁相环路的反馈通道中插入分频器就可构成锁相倍频电路相倍频电路。如下图所示：。如下图所示： i(t) PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)o(t)o(t)/NN 当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。当环路锁定时，鉴相器两输入信号频率相等。即有：即有：iiNN 00式中式中N为分频器的倍频比。为分频器的倍频比。 2、锁相分频：、锁相分频： 在在锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路锁相环路中插入倍频器就可构成锁相分频电路。如下图所示：如下图所示： i(t) PD PD LF

2、 LFVCOvi(t)vo(t)o(t)No(t)N 当环路锁定时：当环路锁定时： NNiooi 式中式中N为倍频器的倍频次数。为倍频器的倍频次数。 3、锁相混频器、锁相混频器 设混频器的本振信号频率为设混频器的本振信号频率为L ，在，在Lo时混时混频器的输出频率为（频器的输出频率为（L-o），经差频放大器后加到），经差频放大器后加到鉴相器上。鉴相器上。 当环路锁定时当环路锁定时 )()(iLooLi o(t)i(t)L(t) PDPD LF LFVCOvi(t)vo(t)|L(t)-o(t)| 混频混频差频放大差频放大4、频率合成器、频率合成器 频率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一频

3、率合成器是利用一个标准信号源的频率来产生一系列所需频率的技术。系列所需频率的技术。锁相环路加上一些辅助电路后，锁相环路加上一些辅助电路后，就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算就能容易地对一个标准频率进行加、减、乘、除运算而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准而产生所需的频率信号，且合成后的信号频率与标准信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的频信号频率具有相同的长期频率稳定度及具有较好的频率纯度率纯度，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和，如果结合单片微机技术，可实现自动选频和频率扫描。频率扫描。 锁相式单环频率合成器基本组成如下图所示：锁相式单环频率合成器基本组成如下

4、图所示： 当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等当环路锁定后，鉴相器两路输入频率相等即：即： iooifMNfNfMf 当当N改变时，输出信号频率相应为改变时，输出信号频率相应为fi 的整数倍变化。的整数倍变化。 PD PD LF LFVCOvi(t)vo(t)fi(t)fo(t)fo(t)/N晶振晶振fi(t)/MN M 环环C例：下图为三环式频率合成器方框图例：下图为三环式频率合成器方框图已知：已知： 397351,399300,100 BAiNNKHzf求输出信号频率范围及频率间隔求输出信号频率范围及频率间隔 环环A环环BPDPDLFLFVCOfi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDL

5、FLFVCOfi(t)fB(t)fA(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频 带通带通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 解：解： iAAfNf iBBfNf 而而 iAAcfNff100100 而环路而环路C为混频环，为混频环，即当环路锁定时：即当环路锁定时： Bcfff 0有有 iBABcfNNfff)100(0 当当NA=300，NB=351时，时， KHzf35400100)351100300(min0 当当NA=301，NB=351时，时， KHzf35401100)351100301(0 因此频率间隔：因此频率间隔： KHz1fffmin00 PDPDLFLFVCO

6、fi(t)fA(t)fA(t)/NAPDPDLFLFVCOfi(t)fB(t)fB(t)/NBPDPDLFLFVCO混频混频带通带通fo(t)fc(t)fo-fBAN BN 100 而当而当 =399， =397时输出频率最高。时输出频率最高。 ANBNKHz40099100)397100399(fmax0 所以，合成器的频率范围为：（所以，合成器的频率范围为：（35.440.099）MHz5、锁相环调频电路、锁相环调频电路 普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而普通的直接调频电路中，振荡器的中心频率稳定度较差，而锁相调频电路能得到中心频率稳定度很高的调频信号锁相调频电路能得到中

7、心频率稳定度很高的调频信号,锁相环调锁相环调频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小频电路如下图所示。环路滤波器的带宽必须很窄，截至频率应小于调制信号的频率。于调制信号的频率。 fi(t)晶振晶振 PD PD LF LF VCOfo(t)调频波调频波f(t)调制信号调制信号+ 当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为当调制信号为锯齿波时，可输出扫频信号。当调制信号为数字脉冲时，可产生移频键控调制（数字脉冲时，可产生移频键控调制（FSK信号）信号） 调制信号作为调制信号作为VCO控制电压的一部分使其频率产生相应的控制电压的一部分使其频率产生相应的变化，由此在输出端得到已

8、调频信号。变化，由此在输出端得到已调频信号。 6、锁相解调电路、锁相解调电路 (1)、调频波解调、调频波解调下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。下图是用锁相环实现调频波解调的原理框图。 如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频如果将环路的频带设计的足够宽，使环路捕捉带大于调频波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使波的最大频偏，利用锁相环的跟踪特性，可以使VCO的振荡的振荡频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果频率跟踪输入调频波的瞬时频率。如果VCO的电压的电压-频率特频率特性是线形的，则加到性是线形的，则加到VCO的控制电压的变化规律必与调频波的控制电压的变化规律必与调频波的瞬时

9、频率变化规律相同，因此在的瞬时频率变化规律相同，因此在LF的输出端可获得不失真的输出端可获得不失真的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴的解调输出。调频波锁相解调的优点是解调门限值比普通鉴相器低相器低45dB。PDPDLFLFVCOVFM(t)调频波调频波V(t)调制信号调制信号(2)、AM信号的同步检波信号的同步检波 下图是用锁相环实现下图是用锁相环实现AM信号同步检波的原理框图。信号同步检波的原理框图。 PD PD LF LF VCOVAM(t)调幅波调幅波V(t)调制信号调制信号/2移项移项同步检波同步检波 当环路工作在载波跟踪状态时，当环路工作在载波跟踪状态时，VCO输出

10、频率与环路输出频率与环路输入已调信号的载波相同，但存在输入已调信号的载波相同，但存在/2的固定相移。的固定相移。 因此，经过因此，经过/2移项后变成与输入已调信号的载频移项后变成与输入已调信号的载频相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器相同的信号。将它与输入已调信号共同加到同步检波器就能得到解调信号输出。就能得到解调信号输出。 BG322、X38、CD4046、MC1404b。5.3单片集成锁相环电路单片集成锁相环电路模拟锁相环路：模拟锁相环路： N E 5 6 0 、 N E 5 6 1 、 5 6 2 、 5 6 5 L562、L564、SL565、KD801、KD802、KD8

11、041等。等。数字锁相环路：数字锁相环路： 一、一、NE562 NE562（国内同类产品（国内同类产品L562、KD801、KD8041）是目前广）是目前广泛应用的一种多功能单片锁相环路。泛应用的一种多功能单片锁相环路。 1NE562组成框图组成框图 NE562是最高工作频率可达是最高工作频率可达30MHz的通用型集成锁相环。的通用型集成锁相环。 定时电容定时电容CrPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出 反馈反馈信号输入

12、信号输入信号输入信号输入 NE562123456789101112131415 16PD（鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器（鉴相器）：采用双平衡模拟乘法器 LF：13、14脚可外接脚可外接RC元件构成环路滤波器。元件构成环路滤波器。 VCO：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由：是射极定时的压控多谐振荡器，定时电容由5、6脚外脚外接电容。接电容。限幅器：是与限幅器：是与VCO串接的一级控制电路，串接的一级控制电路，7脚注入电流的大脚注入电流的大 小可以控制环路的跟踪范围。小可以控制环路的跟踪范围。 放大器放大器A1、A2、A3：作为隔离，缓冲放大器，：作为隔离，缓冲放大器，10脚用于外接去脚用

13、于外接去加重电容加重电容 。当环路用于解调时，。当环路用于解调时，A1，A2的放大作用可以提高的放大作用可以提高9脚输出的解调信号的电平值。既可以保证脚输出的解调信号的电平值。既可以保证VCO的频稳度，又放的频稳度，又放大了大了VCO的输出电压，使的输出电压，使3、4脚输出的电压幅度增大到约脚输出的电压幅度增大到约4.5V，以满足以满足PD对对VCO信号电压幅度的要求。信号电压幅度的要求。 11，12脚：外接输入信号。脚：外接输入信号。 VCO输出输出3、4脚与脚与PD的反馈信号输入端的反馈信号输入端2、15脚之间，可外脚之间，可外接其它部件以发挥多功能作用。接其它部件以发挥多功能作用。 2N

14、E562的使用说明的使用说明 (1) 输入信号从输入信号从11、12脚输入时，应采用电容耦合，以避免脚输入时，应采用电容耦合，以避免影响输入端的直流电位，要求容抗影响输入端的直流电位，要求容抗 输入电阻（输入电阻（2K ）。）。 )(tVic 1 可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应可以双端输入，也可单端输入，单端输入时，另一端应交流接地，以提高交流接地，以提高PD增益。增益。 )(tVi(2)环路滤波的设计环路滤波的设计 NE562常用的环路滤波器有下图所示的四种形式：常用的环路滤波器有下图所示的四种形式： NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE

15、562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314RfPDLF限幅限幅VCOA1A2A312111523415678910131416Vcc外接环路滤波外接环路滤波器器RC元件元件去加重去加重-VEE跟踪跟踪范围范围偏压偏压输出输出FM解调解调输出输出VCO输出输出 反馈反馈信号输入信号输入信号输入信号输入13、14脚的外接电路与脚的外接电路与NE562内部的内部的PD负载电阻负载电阻Rc共同构共同构成积分滤波器。成积分滤波器。 一般已知一般已知Rc=6 K , 通常选在通常选在50200 之间，根据所要之间，根据所要求设计的环路滤波器截至频率求设计的环路滤波器截至频率 可计算出

16、可计算出 值：值： fR c fC对图对图(a): ccccfRfRC 211 对图对图(b): ccccfRfRC 4121 对图对图(c): )(21)(1fccfccfRRfRRC 对图对图(d): )RR2(f21)RR2(1Cfccfc0f NE562RCRCCfCf1314NE562RCRCCf1314CfNE562RCRCCf1314RfRfNE562RCRCCf1314Rf(3)VCO的输出方式与频率调整的输出方式与频率调整1VOC信号输出端信号输出端3、4脚与地之间应当接上脚与地之间应当接上数值相等数值相等的射极的射极电阻，阻值一般为电阻，阻值一般为212 K ,使内部射极输

17、出器的平均电流不使内部射极输出器的平均电流不超过超过4mA. 2当当VCO输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电输出需与逻辑电路连接时，必须外接电平移动电路，使路，使VCO输出端输出端12V的直流电平移到某一低电平值上，并的直流电平移到某一低电平值上，并使输出方波符合逻辑电平要求，工作频率可达到使输出方波符合逻辑电平要求，工作频率可达到20MHz。 图（图（a）为实用的单端输出，）为实用的单端输出，图（图（b）为实用的双端驱）为实用的双端驱动的电平移动电路，动的电平移动电路，NE56234图（图（a）5v输出到输出到逻辑电逻辑电平平NE5623416图（图（b）5v18v输出到输出到逻辑电

18、逻辑电平平3VCO的频率及其跟踪范围能调整与控制。的频率及其跟踪范围能调整与控制。VCO频率的频率的调整，除采用直接调节与定时电容并联的微变电容外，还调整，除采用直接调节与定时电容并联的微变电容外，还有如下图所示的方法：有如下图所示的方法： NE562568RRCTEA图图(a)图图(a) 电路的电路的VCO的工的工作频率为：作频率为： )R3 . 1E4 . 61(ffA00 其中其中 4.6 AE0fV时时VCO的的为为 固有振荡频率，改变固有振荡频率，改变值，振荡频率相对变化。值，振荡频率相对变化。 AENE56256810K10KCT图图(b)NE56256810K10KCT5K图图(

19、c)图图(b)、(c)，可将，可将VCO频率扩展频率扩展到到30MHz以上，（以上，（c）可用外接）可用外接电位器电位器 微调频率。微调频率。 WR(4)PD的反馈输入与环路增益控制方式的反馈输入与环路增益控制方式 PD的反馈输入方式一般采用单端输入工作方式，如右图的反馈输入方式一般采用单端输入工作方式，如右图所示，所示，1脚的脚的+7.7V电压经电压经R（2 K）分别加到反馈输入端）分别加到反馈输入端2、15脚作为脚作为IC内部电路基极的偏压，而且内部电路基极的偏压，而且1脚到地接旁路电容，脚到地接旁路电容，反馈信号从反馈信号从VCO的的3脚输出，并经分压电阻取样后，通过耦脚输出，并经分压电阻取样后，通过耦合电容加到合电容加到2脚构成闭环系统。脚构成闭环系统。 环路增益还普遍采用在环路增益还普遍采用在13、14脚并接电阻脚并接电阻 的方式，此的方式，此时的环路总增益为：时的环路总增益为： fRffLLFRRGG 1200 的单位为的单位为 可以抵消因可以抵消因 上升而使上升而使 过大造成过大造成的工作不稳定性。的工作不稳定性。 fR 0fLG NE56211523CCCB77VR2kR2kR111kR21k(5)解调输出方式解调输出方式 当当NE562用作用作F