第6章频率合成66.1基本概念6.2频率合成的基本方法6.3锁相环基本原理6.4锁相环典型产品6.5锁相频率合成器6.6直接数字频率合成器第6章频率合成6.1频率合成器的主要技术指标1.工作频率范围指频率合成器输出的最低频率fomin和最高频率fomax之间的变化范围频率合成技术即利用一个高稳定度的标准(或参考)频率源(如晶振)合成出大量具有相同性能的离散频率。第6章频率合成2指两个相邻频率(或信道)之间的最小间隔,又称为分辨率或频道步进间隔。不同用途的频率合成器,对频率间隔的要求是不相同的。3、频率转换时间(越小越好)指频率合成器从某一个频率转换到另一个频率,并达到稳定所需要的时间。与频率合成电路形式有关,约为参考信号周期的25倍,即ts=25/fr第6章频率合成4、频率稳定度与准确度频率稳定度:规定时间??频率合成器输出频率偏离标称值的程度。频率准确度:实际工作频率与其标称值之间的偏差。频率合成器的频稳度取决于参考频率的频稳度。5、频谱纯度指频率合成器输出信号接近正弦波的程度第6章频率合成直接频率合成法采用一个M和N均可改变的倍频器与分频器以及相应的混频器组成。产生频率间隔为fr/N的M个离散频率。倍频器M分频器N混频器+qfrfoqrMfffN第6章频率合成锁相频率合成法(单环)当环路锁锁定时,PD的二个输入频率相等,即fd=fr改变N值,可输出一系列频率,其最小间隔为fr显然,频率合成器的分辨率为参考频率frfr环路滤波器LF压控振荡器(VCO)VBfoVC相位检波器(PD)÷Nfdf0=NfrodffNofNf第6章频率合成1、不能满足现代通信系统中高的频率分辨率与低的转换时间的要求。2、不能满足宽???输出频率覆盖范围和高的频率分辨率的要求。因此,单环锁相频率合成器中,提高频率分辨率和环路性能是矛盾的。第6章频率合成直接数字频率合成器DDS直接数字式频率合成器将先进的数字处理理论与方法引入频率合成的一项新技术。将正弦波的M个样品储存在高速存储器中,以查表的方式按均匀的速率将样品输入到高速D/A转换器,变换成所设定频率的正弦波信号。第6章频率合成相位累加器NCOROM...DACLF频率控制字Kfc...DDS的组成框图第6章频率合成锁相与DDS频率合成法的特点:锁相频率合成法:成本低,控制灵敏,切换方便,波段覆盖范围宽,可广泛应用。但是换频时间长,分辨率低。DDS合成法:分辨率高,控制频率切换方便,换频速度快。但是输出频率低,输出噪声高,且依赖于高速集成电路的发展。第6章频率合成6.31、工作原理锁相环PLL是一个相位反馈控制系统。它由鉴相器PD(PhaseDetector)、环路滤波器LF(LoopFilter)和压控振荡器VCO(VoltageControlledOscillator)三个基本部件组成。参考信号PDur(t)LFud(t)VCOuc(t)uo(t)输出信号第6章频率合成PLLAFCPLL利用相位误差信号控制VCO的频率,使输出信号的相位锁定或跟踪输入信号的相位变化。锁相环:锁定时,相位差尽可能小。AFC:输出信号跟踪输入信号频率变化,控制结果使二信号之间的频率差尽可能小。因此,只要有频差,就存在无限增长的相位差,而在相位差固定时,频差则为零。显然,PLL优于AFC第6章频率合成设输入参考信号为:()sin[()]rrrrutUtt输出信号为:()cos[()]ooooutUtt两信号之间的瞬时相差为:0000()()(())()()crrrrtttttt??输入初始相位为常数,两信号之间的瞬时频差为:00()()erdtdtdtdt第6章频率合成锁定后,两信号之间的相位差为一固定的稳态值,称为剩余相差。即:剩余相差为常数是相位锁定的标志()lim0etdtdt则,输出信号的频率已偏离了原来的自由振荡频率ω0(控制电压uc(t)=0时的频率),其偏移量为:00()rdtdt这时输出信号的工作频率等于输入频率,为:00()(()ccrddtttdtdt第6章频率合成2PLL鉴相器输出电压与输入相位差可以是余弦、正弦或线性的关系。PD的数学模型(正弦特性时):1(t)-+2(t)e(t)Udsin(·)Udsine(t)1(t)-+e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)1(t)-+e(t)KdpK02(t)F(p)2(t)第6章频率合成-2--2-3220322e(t)Ud(t)正弦鉴相器的鉴相特性第6章频率合成F(p)uc(t)ud(t)(a)F(s)uc(s)ud(s)(b)环路滤波器:滤除PD输出误差电压Ud(t)的高频成分和噪声,