基于锁相环的低频正弦波发生器设计

1、基于锁相环的低频正弦波发生器设计本文探讨了用锁相技术来产生高频率稳定度的低频信号的办法，并介绍了由icl8038和mc145151-2构成的低频锁相环函数发生器的设计。该正弦波输出信号的频率稳定度可达到10-8 ，输出频率由所选用的晶振频率以及mc145151-2的分频数打算。正弦波发生器的应用很广泛，但是适合于低频范围内的高稳定度正弦波比较少。表1是几种主要的正弦波产生办法的比较。从表1中可知，仅采纳某一种正弦波产生办法很难实现频率稳定的低频正弦波发生器。本文尝试采纳锁相环来实现频率稳定的低频正弦波发生器的设计办法，给出了一种基于mc145151-2和icl8038芯片的低频锁相环函数发生器

2、。这种低频锁相环函数发生器的稳定度和精确度与基准频率相当，不产生额外的误差。压控波形发生器与锁相环电路icl8038是现在应用十分广泛的一种单片集成压控波形发生器，在0.01300khz的范围里可以同时产生正弦波、矩形波和三角波。用法时只需外接少量、元件就可以作为压控、调频或单片函数发生器。其输出电平特性为:方波0.2vsupply(2ma)；三角波幅度为0.33vsupply，输出阻抗为200(5ma)；正弦波幅度为0.22vsupply，输出阻抗典型值为1k。mc145151-2是mc145151-1的性能改进产品，功耗降低而esd和锁定性能则大有改进。mc145151-2分离用14条和3

3、条并行输入数据线实现n计数器和r计数器编程。本器件集成了参考振荡器、可选参考频率分频器、数字相位鉴相器和14位可编程的除n计数器。该芯片具有以下特点：因为采纳 工艺而具有低功耗，范围为39v；具有片上或离片参考振荡器的操作条件；有两路鉴信任号输出，其中pdout是鉴相器a的输出，r、v是鉴相器b的输出，是鉴相误差信号，ld用来输出相位锁定信号；除n的范围为316383；8个用户可选的除r值分离为8、128、256、512、1024、2048、4096和8192，分离对应ra2"ra0从000到111的8个状态。正弦波发生器设计本文设计的电路主要由一个基本锁相环和产生参考频率的电路两部

4、分组成，原理框图1所示。其基准频率通常由相对频率稳定度为10-6的晶体振荡器产生，经r倍分频后提供适当的基准频率。虚线框中的电路是频率合成器的核心部分即锁相环，由鉴相器、低通和压控振荡器等组成。系统输出信号的频率为fout=(n/r)fin，转变分频比n可以便利地获得大量离散频率的输出信号。这里的锁相环与典型的高频锁相环电路相比有两处改动：一是添加了鉴相器前的晶振整形和分频电路，采纳该电路是为了获得低频率的基准信号；二是压控振荡器挑选了工作在低频范围内的器件，这是低频率的基准信号要求的。在2所示的电路中，晶振选用2mhz的温度补偿晶体，它的频率稳定度可达10-8,挑选鉴相器a或鉴相器b均可。本

5、文选用鉴相器a，pdout输出接一个rc滤波器。若选用鉴相器b，r和v输出接有源。mc145151-2的ld用来指示回路锁定，外接一个，浮现失锁时该led将闪耀。图2中的振荡器部分采纳了mc145151-2的片上振荡形式，两个电容分离为39p和27p。mc145151-2的固定分频器分频系数挑选为8192，2m信号经分频后是244.14hz，将该信号作为基准频率输入鉴相器。振荡器也可以挑选离片形式，还可以增强分频系数以进一步降低基准频率。详细电路2所示,两个电阻都是1k，电容为0.01f的独石电容。基于锁相环的低频正弦波发生电路3所示。电路调试锁相环电路调试比较棘手，很简单失锁，在实现本电路的

6、过程中应注重以下问题：mc145151-2中的除r分频器在片内已内接了上拉电阻，所以ra0ra1置“1”时只需悬空，不行接高电平。icl8038的方波输出要加上拉电阻，若要与ttl电平兼容，必需接+5v。mc145151-2对输入的电平有要求，在+5v电源条件下，输入方波的高电平不能超过+5v，低电平不能低于+1.5v。mc145151-2鉴相输出电压与icl8038控制电平的匹配，这是囫囵电路实现中比较重要的问题。为解决这个问题，把icl8038接成直流电源分压控制的函数发生电路。icl8038的电压控制范围是2/3(|vcc|+|-vee|)+2vv|vcc|+|-vee|。用一个可变电阻

7、转变分压比，观看icl8038的输出频率，发觉输出信号的频率随控制电压的上升而降低。在±6v电源、ct=4700p、rt=4.7k的条件下，控制电压为+2.6v(相对于-vee为8.6v)时输出频率是11.48khz；在控制电压为+5.6v(相对于-vee 为11.6v)时输出频率是182hz，电压再高将浮现波形失真。mc145151-2的鉴相输出经过滤波后的直流电平为+2v至+3v之间，可以控制icl8038，但是电压变幻范围太小，能控的频点有限，因此必需加。而且，挺直用滤波输出电压控制icl8038将很难调节到mc145151-2能锁定的几个频点。图3中u2是放大器，u1是尾随器，采纳尾随器是因为op07的输入阻抗不够大，假如挺直把滤波后的电压接入放大器，电压将跌为零,放大器没有输出，必需要加一级尾随器举行阻抗匹配。放大器u2放大倍数的挑选。因为滤波输出电压已落在控制范围内，只是变幻范围比较小，放大倍数选得太大将会超出icl8038的最高控制电平，从而造成mc145151-2失锁；但是太小的话，变幻范围又不够，与挺直用滤波电压没什么区分。图中所选3k和5k电阻是反复实验后的结果。icl8038振荡电容的挑选。在rt=4.7k、ct=4700p的条件下， pll电