高频 第13章.ppt

1、13 频率合成技术,13.1 频率合成器的主要技术指标,13.2 频率直接合成法,13.3 频率间接合成法(锁相环路法),13.4 集成频率合成器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,无线电通信技术的迅速发展，对振荡信号源的要求在不断提高。不但要求它的频率稳定度和准确度高，而且要求能方便地改换频率。石英晶体振荡器的频率稳定度和准确度是很高的，但改换频率不方便，只宜用于固定频率；LC振荡器改换频率方便，但频率稳定度和准确度又不够高。能不能设法将这两种振荡器的特点结合起来，兼有频率稳定度与准确度高，而且改换频率方便的优点呢?,13.1 频率合成器的主要技术指标,频率合成技术，就能满足

2、上述要求。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,为了正确理解、使用与设计频率合成器，首先应对它提出合理的质量指标。频率合成器的使用场合不同，对它的要求也不全相同。大体说来，有如下几项主要技术指标：频率范围、频率间隔、频率稳定度和准确度、频谱纯度（杂散输出或相位噪声）、频率转换时间，等等。合成器的体积、重量、功耗与成本等，就是由这些指标决定的。,1) 频率范围,这是指频率合成器的工作频率范围，视用途而定，有短波、超短波、微波等频段。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.1 频率合成器的主要技术指标,2) 频率间隔,3) 频率稳定度和准确度,频率合成器的输出频谱是

3、不连续的。两个相邻频率之间的最小间隔，就是频率间隔。频率间隔又称为分辨力。,频率稳定度是指在规定的时间间隔内，合成器频率偏离规定值的数值。频率准确度则是指实际工作频率偏离规定值的数值，即频率误差。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.1 频率合成器的主要技术指标,4) 频率转换时间,5) 频谱纯度,指频率转换后，达到稳定工作所需要的时间。,图13.1.1 输出不纯的频谱图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.1 频率合成器的主要技术指标,对一个正常工作的合成器来说，寄生调幅比较小，危害不大，可以略去；而寄生调相则是产生频谱不纯的主要因素。,(1) 正弦波

4、调相的情形,相位噪声,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.1 频率合成器的主要技术指标,(2) 随机函数的情形,图13.1.2 (t)与vc(t)的功率频谱关系,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.1 频率合成器的主要技术指标,13.2 频率直接合成法,13.2.1 非相干式直接合成器,13.2.2 相干式直接合成器,13.2.3 频率漂移抵消法(外差补偿法),高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,所谓频率直接合成法是将两个基准频率直接在混频器中进行混频，以获得所需要的新频率。这些基准频率是由石英晶体振荡器产生的。如果是用多个石英晶体

5、产生基准频率，因而产生混频的两个基准频率相互之间是独立的，就叫非相干式直接合成。,13.2.1 非相干式直接合成器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,图13.2.1 非相干式直接合成器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.2.1 非相干式直接合成器,图13.2.2 非相干式直接合成器方框图举例,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.2.1 非相干式直接合成器,所谓频率直接合成法是将两个基准频率直接在混频器中进行混频，以获得所需要的新频率。如果只用一块石英晶体作为标准频率源，因而产生混频的两个基准频率（通过倍频器产生的）彼此之间是相关

6、的，就叫相干式直接合成。,13.2.2 相干式直接合成器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,图13.2.3 相干式直接合成器举例,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.2.2 相干式直接合成器,End,图13.2.4 频率漂移抵消法原理方框图,13.2.3 频率漂移抵消法,利用外差原理来消除可变振荡器频率漂移的频率漂移抵消法（或称外差补偿法）。,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3 频率间接合成法(锁相环路法),13.3.1 脉冲控制锁相法,13.3.2 采用吞脉冲可变分频器 的频率合成器,13.3.3 间接合成制加减法降频 (模

7、拟锁相环路法),13.3.4 间接合成制除法降频 (数字锁相环路法),高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,在锁相环路的鉴相器中进行相位比较的两个频率应该是相等的。但通常参考晶振频率是固定值，而频率合成器所需输出的频率（即VCO的频率） 则是多个数值的。 为了使这二者的频率在鉴相器处相等，以便比较它们的相位，大致可以有以下几种方法：脉冲控制锁相法、模拟锁相环路法与数字锁相环路法。,13.3 频率间接合成法(锁相环路法),高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.1 脉冲控制锁相法,图13.3.1 脉冲控制锁相法,脉冲控制锁相法是利用参考晶振频率的某次谐波（通过脉冲

8、形成电路来获得）与VCO频率在鉴相器中相比较。,End,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,图13.3.2 脉冲控制锁相法,13.3.2 采用吞脉冲可变分频器的频率合成器,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,图13.3.3 吞脉冲可变分频器方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.2 采用吞脉冲可变分频器的频率合成器,图13.3.4 多环式减法降频间接合成法示例,13.3.3 模拟锁相环路法,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,End,图13.3.3 单环式减法降频间接合成法示例,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等

9、教育出版社,13.3.3 模拟锁相环路法,图13.3.6 间接合成制除法降频基本原理,应用数字逻辑电路把VCO频率一次或多次降低至鉴相器频率上，再与参考频率在鉴相电路中进行比较，所产生的误差信号用来控制VCO的频率，使之锁定在参考频率的稳定度上。,13.3.4 数字锁相环路法,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,图13.3.7 压控振荡频率10MHz时的除法降频方案,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.4 数字锁相环路法,图13.3.8 某通信机所用的单环数字频率合成器方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.4 数字锁相环路法,

10、图13.3.9 双环数字式频率合成器的例子方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.4 数字锁相环路法,图13.3.10 三环数字式频率合成器的例子方框图,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.4 数字锁相环路法,表13.3.1 各种频率源的性能对比,高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.4 数字锁相环路法,End,表13.3.1 各种频率源的性能对比(续),高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社,13.3.4 数字锁相环路法,集成频率合成器则是一种专用锁相电路，它是发展最快、采用新工艺最多的专用集成电路。它将参考分频器、参考振荡器、数字鉴相器，各种逻辑控制电路等部件集成在一个或几个单元中，以构成集成频率合成器的电路系统。目前，集成频率合成器按集成度可分为中规模和大规模两种；按电路速度可分为低速、中速和高