7.4频率基础合成器

主要要求：

掌握频率合成器的作用。了解频率合成器的种类与主要性能指标。掌握简单锁相频率合成器的组成与工作原理。了解提高锁相频率合成器输出频率的方法。7.4频率合成器7.4.1频率合成器的主要性能指标1.频率范围2.频率间隔（又称分辨率）频率稳定度指：在规定的观测时间内，输出频率偏离标称值的程度。一般用偏离值与输出频率的相对值来表示。频率准确度指：实际工作频率与标称频率值之差，又称频率误差。3.频率转换时间4.频率稳定度和准确度相邻频率之间的最小间隔。从一个工作频率转换到另一个工作频率，并达到稳定工作所需要的时间。它包含电路延迟时间和PLL的捕捉时间。频率合成器的工作频率范围。5.频谱纯度5.频谱纯度指输出信号接近正弦波的程度。用有用信号电平与各寄生频率分量总电平之比的分贝值表示。多数来自混频器，对称分布于有用信号两侧。7.4.2锁相频率合成器一、简单锁相频率合成器环路锁定时fr=fs/R=fo/N故得fo=Nfs/R=

Nfr改变N可得不同输出频率。频率分辨率为fr。参考分频器由12级二进制计数器构成。取分频比R=28=256，则得频率间隔为：fr=1024kHz/256=4kHz。CD4046组成的频率合成器实例N分频器采用可编程分频器CC40103构成。图中N=29。改变N可获得不同频率的信号输出。作业：二、简单频率合成器存在的问题1.频率间隔不能很小2.锁相环路内接入分频器后，环路增益下降为原来1/N。对于输出频率高、频率覆盖范围宽的合成器，当要求频率间隔很小时，N

的变化范围将很大，这将使环路增益也大幅度变化，从而影响环路的动态性能。3.输出频率受到可编程分频器的限制，可编程分频器的工作频率比较低，无法满足大多数通信系统中工作频率高的要求。

fr

小时，环路滤波器的带宽也要小（带宽需小于fr

，以滤除PD输出信号中的参考频率及其谐波分量），这使频率转换时的环路捕捉时间或跟踪时间加长，即减小频率间隔与减小频率转换时间是矛盾的。另外，fr

小不利于降低VCO引入的噪声。减小频率间隔而不降低参考频率fr

。采用多环式锁相频率合成器。解决问题的方法如下：由于固定分频器速度远比程序分频器的高，故采用由固定分频器与程序分频器组成的吞脉冲可变分频器，可既获得小的频率间隔，又显著提高输出频率。构成吞脉冲锁相频率合成器。三、多环式锁相频率合成器fA=(NA/100)frfB=NBfrfo

=fA+fBfA=fo－fB

=(NA/100＋NB)fr单环单环混频环频率间隔为1kHz四、吞脉冲锁相频率合成器两种计数模式的固定分频器：控制电平为高电平时，分频比为（P+1）；控制电平为低电平时，分频比为P。主计数器的模N必须大于辅助计数器的模A

。吞脉冲程序分频器的工作过程：计数开始时，设模式控制电路输出为高电平1，则双模分频器和主、辅计数器在输入脉冲作用下同时计数，当辅助计数器计满A个脉冲时，使模式控制电路输出低电平0，使辅助计数器停止计数，同时使双模分频器分频比变为P，继续工作，主计数器也继续计数，直至计满N个脉冲后，使模式控制电路输出恢复为高电平、双模分频器分频比恢复为（P＋1），电路进入下一个计数周期。1.吞脉冲程序分频器在一个计数周期内，总计脉冲数量为n=(P+1)A+P(N-A)=PN+A吞脉冲可变分频器的分频比为f0'/f0=1/(PN+A)N、A均为整数0、1、2……2.吞脉冲集成锁相频率合成器吞脉冲程序分频器吞脉冲程序分频器的分频比是PN+A，锁相环路锁定时可得f0=(PN+A)fr12位可编程二进制计数器。R:3~4095（即212-1）。锁定时输出一脉宽极窄的脉冲；失锁时，输出脉宽较宽且不时变化的矩形脉冲。f0=(PN+A)frN:3~1027（即210-1）A:3~127（即27-1）3.MC145146吞脉冲集成锁相频率合成器MC145系列集成频率合成器件，采用CMOS工艺。其中MC145200、MC145201工作频率可达2GHz。7.4.3直接数字频率合成器（DDS）特点：极宽的工作频率范围、极高的频率分辨率、极快的频率切换速度以及频率切换时相位连续、任意波形输出、具有数字调制性能。DDS系统的另一特点是它的输出信号没有叠加任何电流脉冲，输出变化是一个平稳的过渡过程，相位连续变化是其他频率合成技术所不具备的。原理：根据奈奎斯特取样定理，从连续信号的相位出发，对一个正弦信号取样、量化、编码，形成一个正弦函数表，储存于只读储存器中，合成时通过改变相位累加器的频率控制字，改变相位增量，从而使一个周期内的取样点不同，得到不同的输出频率。改变只读存储器中的数据值，可以得到不同的输出波形。比较：DDS和PLL两种不同方式的频率合成技术。