基于锁相环的频率合成电路设计
基于MC145151-2PPL频率合成器的设计

一
频 率 合 成 器 的 频 率分 辨 率 。 改 变 R数值 的 大 小 ,
准 频率源相组合 ,就能产生与标准信号源有相 同的频率稳定度、准确度的众多频率点。
可改变频率合成器的分辨率。由以上可以看 出 当环路锁定后,压控振荡器的输出频率严格 与 输入 频率 行相等 。同时在 一定 范围 内跟踪 输 入信号频率变化 ,具有 良好 的跟踪特性 。只要 L P F通频带设计合理,整个环路就具有 良好的
窄带滤波特性。
1 M C 1 4 5 1 5 1 - 2 锁相环 简介
MC1 4 5 1 5 1 - 2是 一 块 双 列 直 插 式 C M OS大 规 模 集 成 电路 , 由 4位 总 线 输 入 、 锁 存 器 选 通
个 高 稳 定度 的 标 准 频 率 f s , 经 参 考 分 频 器 进
:
R A 2 R A 1 R A o M c 1 4 5 1 5 1 — 2
: : M A X 3 0 8
;
随 着 移 动 通 信 、雷 达 技 术 以及 遥 测 、 遥
感测控技术不断发展 ,各种 系统对频 率源 的要 求越来越高 , 不但 要求频率稳定度和准确度高, 而且还要求能方便 的改变 收发频率。特别是无
图一 1 基 本锁相 环 频率合 成 器组 成框 图
【 关键词 】频率合成 V C O 锁相环 频率 源 分
频 器
广 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1 广 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 1
基于锁相环的频率合成器的设计

基于锁相环的频率合成器的设计随着现代技术的进展,具有高稳定性和精确度的频率源已经成为通信、雷达、仪器仪表、高速计算机及导航系统的主要组成部分。
高性能的频率源可通过频率合成技术获得。
随着大规模的进展,锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。
由一个或几个高稳定度、高精确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。
1 锁相环频率合成器的原理1.1 锁相环原理锁相环(PLL)是构成频率合成器的核心部件。
主要由相位(PD)、压控(VCO)、环路(LP)和参考频率源组成。
锁相环是一种利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号反馈控制。
他的被控制量是相位,被控对象是压控振荡器。
1所示,假如锁相环路中压控振荡器的输出信号频率发生变幻,则输入到相位比较器的信号相位θv(t)和θR(t)必定会不同,使相位比较器输出一个与相位误差成比例的误差Vd(t),经环路滤波器输出一个缓慢变幻的直流电压Vc(t),来控制压控振荡器输出信号的相位,使输入和输出相位差减小,直到两信号之间的相位差等于常数。
此时,压控振荡器的输出信号频率和输入信号频率相等,且环路处于锁定状态。
1.2 锁相环频率合成器原理2所示,锁相环频率合成器是由参考频率源、参考分频器、相位比较器、环路滤波器、压控振荡器、可变分频器构成。
参考分频器对参考频率源举行分频,输出信号作为相位比较器参考信号。
可变分频器对压控振荡器的输出信号举行分频,分频之后返回到相位比较器输入端与参考信号举行比较。
当环路处于锁定时有f1=f2,由于f1=fr/M,f2=fo/N,所以有fo=Nfr/M。
只要转变可变分频器的分频第1页共3页。
锁相频率合成器的设计

目录摘要 (1)1. 设计任务 (2)2. 锁相频率合成器的硬件设计 (2)2.1 锁相环基本原理 (2)2.2 频率合成器总体设计方案 (3)2.3 VCO电路设计(MAX2620) (4)2.4 集成锁相环电路设计(MB1504) (6)2.5 单片机控制电路设计 (9)3. 软件设计 (11)3.1 MB1504数据输入设计 (11)3.2 程序流程设计 (13)总结 (15)参考文献 (16)锁相频率合成器的设计摘要由锁相环构成的间接式频率合成器在无线通信领域发挥着非常重要的作用。
通常采用锁相频率合成器的输出信号来作为无线接收机中的本振信号,以使直接频率调制器、频率解调器能够从输入信号中再生载波。
本文锁相频率合成器的整个设计方案,包括压控振荡器VCO电路设计、MB1504集成锁相环电路设计、以及单片机最小硬件系统、单片机与MB1504接口电路等硬件电路设计;软件方面,以MB1504串行数据输入格式为标准,通过分析MB1504串行数据传输时序图,建立了串行通信协议。
关键词:频率合成器;锁相环;控振荡器(VCO)1. 设计任务设计一个基于锁相环的锁相频率合成器2. 锁相频率合成器的硬件设计2.1 锁相环基本原理锁相环(PLL )是一个相位跟踪系统。
图2-1显示了最基本的锁相环方框图。
它包括三个基本部件,鉴相器(PD ) 环路滤波器(LPF )和压控振荡器(VCO )图2- 1 基本的锁相环方框图设参考信号(1) 式中 ur 为参考信号的幅度ωr 为参考信号的载波角频率θr(t)为参考信号以其载波相位ωrt 为参考时的瞬时相位若参考信号是未调载波时,则θr(t)= θ1=常数。
设输出信号为(2)式中 Uo 为输出信号的振幅ωo 为压控振荡器的自由振荡角频率θo (t)为参考信号以其载波相位ωot 为参考时的瞬时相位, 在VCO 未受控制前他是常数,受控之后他是时间函数。
则两信号之间的瞬时相位差为(3) 由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬时频差为(4)()sin[()]r r r r u t U t t ωθ=+()cos[()]o o o o u t U t t ωθ=+0000()()(())()()c r r r r t t t t t t θωθωθωωθθ=+-+=-+-00()()e r d t d t dt dt θθωω=--鉴相器是相位比较器,他把输出信号uo(t)和参考信号ur(t)的相位进行比较,产生对应于两信号相位差θe (t)的误差电压ud(t)。
基于单片机的锁相环频率合成器设计

基于单片机的锁相环频率合成器设计1. 引言在现代通信系统和电子设备中,频率合成器是一个非常重要的电路模块,用于产生稳定的高精度时钟信号。
锁相环频率合成器是一种常用的频率合成器,它通过锁相环技术来实现输入信号与输出信号之间的频率转换。
本文将重点研究基于单片机的锁相环频率合成器设计。
2. 锁相环原理2.1 相位比较器相位比较器是锁相环中最基本的模块之一,它用于比较输入信号与反馈信号之间的相位差。
常见的相位比较器有两种类型:数字型和模拟型。
数字型相位比较器采用数字逻辑电路实现,具有高速度和稳定性;而模拟型相位比较器采用模拟电路实现,具有更高精度。
2.2 低通滤波器低通滤波器用于滤除输出信号中的高频噪声,并提供平稳且稳定的控制电压给振荡器。
在锁相环中,低通滤波器通常采用RC滤波网络或者积分放大电路来实现。
2.3 振荡器振荡器是锁相环中的核心部件,它产生稳定的输出信号,并通过反馈回路与相位比较器进行相位比较。
常见的振荡器类型有晶体振荡器、LC振荡器和压控振荡器等。
在本设计中,我们选择晶体振荡器作为基准信号源。
3. 设计流程3.1 系统框图设计首先,我们需要进行系统框图设计,确定锁相环频率合成器的基本结构和各个模块之间的连接方式。
在本设计中,系统框图主要包括相位比较器、低通滤波器、数字控制模块和输出模块。
3.2 相位比较器设计根据系统需求和性能指标,选择合适的相位比较器类型,并进行电路设计和参数选取。
在本设计中,我们选择数字型相位比较器,并采用逻辑门电路实现。
3.3 低通滤波器设计根据系统要求和频率范围选择合适的低通滤波网络或者积分放大电路,并进行电路参数计算与仿真分析。
在本设计中,我们选择RC滤波网络作为低通滤波器。
3.4 数字控制模块设计设计数字控制模块,用于控制锁相环频率合成器的工作状态和频率设置。
在本设计中,我们选择单片机作为数字控制模块的核心芯片,并通过编程来实现频率设置和状态控制。
3.5 输出模块设计设计输出模块,用于输出锁相环频率合成器产生的稳定时钟信号。
基于单片机的锁相环频率合成器设计毕业设计

基于单片机的锁相环频率合成器设计毕业设计目录摘要 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。
Abstract ..................................................................................................... 错误!未定义书签。
1绪论 .. (1)1.1 设计背景及意义 (3)1.2 锁相环频率合成器综述 (3)2基于单片机的锁相环频率合成器方案设计与论证 (4)2.1 课题研究的内容与要求 (4)2.2 方案的设计与选择 (4)2.3 设计原理 (5)2.3.1 锁相环基本原理 (6)2.3.2 锁相频率合成器的基本原理 (8)3 基于单片机的锁相环频率合成器设计方案 (10)3.1 硬件系统的设计 (10)3.1.1 74HC4046 (10)3.1.2 CD4522 (15)3.1.3 LCD1602 (16)3.1.4 AT89C51单片机 (18)3.2 软件系统设计 (22)3.2.1 软件系统主程序流程图 (22)3.2.2 键盘扫描流程图 (23)3.2.3 脉冲计数流程图 (24)4 电路仿真 (25)4.1 仿真软件介绍 (25)4.1.1 proteus (25)4.1.2 Keil编译软件 (26)4.2 硬件电路仿真 (27)4.2.1 锁相环模块 (27)4.2.2 4522分频器模块 (28)4.2.3 单片机模块 (29)4.2.4 显示及按键模块 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (34)附录A High Speed Digital Hybrid PLL Frequency Synthesizer (34)Abstract (34)INTRODUCTION (34)DH-PLL synthesizer (35)Simulation results and discussion (36)Conclusion (37)REFERENCES (37)附录B 高速数字混合锁相环频率合成器 (37)摘要 (38)1简介 (38)2.DH-PLL合成器 (38)3 仿真结果与讨论 (39)4 结论 (39)参考文献 (40)附录C 程序代码 (40)附录D 仿真结果 (44)1绪论锁相环路(PLL)是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统,它在无线电技术的各个领域得到了很广泛的应用。
基于单片机的锁相环频率合成器设计

基于单片机的锁相环频率合成器设计摘要:本文介绍了一种基于单片机的锁相环(PLL)频率合成器设计。
该频率合成器采用了数字式频率合成技术,可实现在1MHz至40MHz的频率范围内的频率锁定。
系统采用C8051F340单片机作为主控芯片,通过程序控制实现倍频器、除频器和加减频器的频率合成,而将合成后的频率与参考信号进行比较并通过反馈控制调整产生高精度、稳定的合成信号。
实验测试表明,该频率合成器具有良好的稳定性和合成精度。
关键词:锁相环,频率合成器,单片机,数字式频率合成,反馈控制Abstract:This paper describes a design of phase-locked loop (PLL) frequency synthesizer based on single-chip microcontroller. The frequency synthesizer integrates the digital frequency synthesis technology and can achieve frequency lock within the frequency range of 1MHz to 40MHz. The system usesC8051F340 single-chip microcontroller as the main control chip, which controls the frequency synthesis of the multiplier, frequency divider and adder/subtractor through programming. The synthesized frequency is compared with the reference signal and feedback control is used to adjust the generated frequency to achieve high-precision and stable synthesis signal. Experimental tests show that the frequency synthesizer has good stability and synthesis accuracy.Keywords: Phase-locked loop, frequency synthesizer, single-chip microcontroller, digital frequency synthesis, feedback control正文:引言锁相环(PLL)频率合成器是一种常用的高频信号源。
基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计

文章编号 : 1 6 7 4 - 4 5 7 8 ( 2 0 1 3 ) 0 5 - 0 0 0 9 - 0 3
应 用 实 践
基于 C D 4 0 4 6锁 相 环 的 数 字频 率 合 成 器 电路 设 计
刘艳红
( 国营第七 八五 厂 , 山 西 太原 0 3 0 0 2 4 )
定时器产生 的电信号作为输入信 号 ( 参 考信号 ) f i 输入 4 0 4 6
相位 比较器一端 , 从 压控 振荡 器输 出信 号 f n经 可预置 分频 器( J 7 、 r 分频 ) 合 成后 得反 馈信 号 f b加 到相 位 比较 器 的另 一 端, 两个输入信号在相 位 比较 器 中进行 相位 或频率 比较 , 然
信号处理技术 , 它能严格跟踪相干信号频率 。利用锁 相环构 成的频率 合成 器电路结构 简单 , 输 出频率 成分 频谱 纯度 高 ,
是一个较好的频率 转换 系统 。
1 电路总体 设计 思路
该锁相环数字频率合成器 实现的主要 技术 指标为 : 输 入 频率 f i =1 0 0 H z ; 输 出频率 f o =1 0 0 H z ~9 9 . 9 k H z ; 分频 系数 Ⅳ为 1— 9 9 9之间的任意整数。其 总体框 架如图 1所示 :
摘 要: 主要介绍 C D 4 0 4 6锁相环 数字频率合成器的构成 电路及原理 。C D 4 0 4 6锁相 环数 字频 率合成 器主要 由 振荡源电路 、 1 / N可预置分频 器以及锁相 环电路 构成。其功能是将一给定 频率的输入信号 经频 率合成后产 生一 系 列的 Ⅳ倍频 率的输 出信号 。此频 率合 成器具有 系统稳定 、 精确度 高、 较 高的可选择 性与实用性等特 点。 关键词 : 频率合成 ;锁相环 ;C D 4 0 4 6 ;分频 器 中图分类号 : T N 7 4 2 . 1 文献标识码 : A
基于cd4046锁相环的数字频率合成器电路设计

基于cd4046锁相环的数字频率合成器电路设计1. 介绍在当今的数字电子领域,频率合成器扮演着至关重要的角色,它可以将一个基础频率信号合成出多个频率信号,广泛应用于收音机、数字通信、无线电、雷达等领域。
本文将重点讨论基于cd4046锁相环的数字频率合成器电路设计,以及CD4046的基本工作原理和性能特点。
2. 基础原理CD4046作为一种锁相环集成电路,它由相位比较器、环路滤波器和振荡器组成。
在频率合成器中,CD4046可以将输入信号频率合成成另一个输出频率信号,并且具有较高的信号锁定能力。
其基本工作原理是根据输入信号频率与振荡器输出信号频率之间的差值,不断调节振荡器输出频率,直至二者频率相同,从而实现信号的合成。
3. 设计步骤(1) 确定合成频率范围:根据实际需求确定所需合成频率范围,进而选择合适的分频倍数和振荡器参数。
(2) 选择振荡器电路:根据合成频率范围选择合适的振荡器电路和频率合成器芯片,CD4046是目前较为常用的选择之一。
(3) 进行电路仿真:使用电路仿真软件对设计电路进行仿真和调试,确保电路工作稳定和合成频率准确。
(4) 调节环路参数:根据实际需求调节环路参数,如环路带宽和环路增益,以实现更精准的频率合成效果。
4. 性能分析CD4046锁相环具有较高的抗干扰能力和频率稳定性,能够在一定程度上抵抗外部环境干扰和波动。
其响应速度较快,能够实现快速锁定输入信号频率,并且具有较高的合成精度和稳定性,适用于多种频率合成场景。
5. 个人观点在设计数字频率合成器时,选择合适的频率合成器芯片对电路性能起着至关重要的作用。
CD4046锁相环作为一种可靠的集成电路芯片,具有较高的性能和稳定性,是设计高质量数字频率合成器的重要选择之一。
在实际应用中,需要根据具体需求合理设计振荡器电路和调节环路参数,以实现更加精准和稳定的频率合成效果。
总结:本文对基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计进行了全面评估和探讨,介绍了其基本工作原理、设计步骤、性能分析和个人观点,并对其在数字频率合成器设计中的重要性进行了强调。
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基于锁相环的频率合成电路设计
0 引言
锁相环简称PLL,是实现相位自动控制的一门技术,早期是为了解决接收机的同步接收问题而开发的,后来应用在电视机的扫描电路中。
由于锁相技术的发展,该技术已逐渐应用到通信、导航、雷达、计算机到家用电器的各个领域。
自从20
世纪70年代起,随着集成电路的发展,开始出现集成的锁相环器件、通用和专用集成单片锁相环,使锁相环逐渐变成一个低成本、使用简便的多功能器件。
如今,PLL 技术主要应用在调制解调、频率合成、彩电色幅载波提取、雷达、FM立体声解码等各个领域。
随着数字技术的发展,还出现了各种数字PLL器件,它们在数字通信中的载波同步、位同步、相干解调等方面起着重要的作用。
随着现代电子技术的飞快发展,具有高稳定性和准确度的频率源已经成为科研生产的重要组成部分。
高性能的频率源可通过频率合成技术获得。
随着大规模集成电路的发展,锁相式频率合成技术占有越来越重要的地位。
由一个或几个高稳定度、高准确度的参考频率源通过数字锁相频率合成技术可获得高品质的离散频率源。
1 锁相环及频率合成器的原理
1.1 锁相环原理
PLL是一种反馈控制电路,其特点是:利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。
因PLL可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪,所以PLL通常用于闭环跟踪电路。
PLL在工作的过程中,当输出信号的频率与输入信号的频率相同时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值,即输出电压与输入电压的相位被锁住,这就是PLL名称的由来。
PLL通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成,PLL组成的原理框图如图1所示。
PLL中的鉴相器又称为相位比较器,它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差,并将检测出的相位差信号转换成uD(t)电压信号输出,该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC(t),对振荡器输出信号的频率实施控制。
鉴相器通常由模拟乘法器组成,利用模拟乘法器组成的鉴相器电路如图2所示。
鉴相器的工作原理是:设外界输入的信号电压和压控振荡器输出的信号电压分别为:
式中的ω0为压控振荡器在输入控制电压为零或为直流电压时的振荡角频率,称为电路的固有振荡角频率。
则模拟乘法器的输出电压uD为:
用低通滤波器LF将上式中的和频分量滤掉,剩下的差频分量作为压控振荡器的输入控制电压uC(t)。
即uC(t)为:
式中的ωi为输入信号的瞬时振荡角频率,θ i(t)和θ 0(t)分别为输入信号和输出信号的瞬时位相,根据相量的关系可得瞬时频率和瞬时位相的关系为:
即:
则瞬时相位差θd为:
对两边求微分,可得频差的关系式为
上式等于零,说明PLL进入相位锁定状态,此时输出和输入信号的频率和相位保持恒定不变的状态,uc(t)为恒定值。
当上式不等于零时,说明PLL的相位还未锁
定,输入信号和输出信号的频率不等,uc(t)随时间而变。
因压控振荡器的压控特性如图3所示,
该特性说明压控振荡器的振荡频率ωu以ω0为中心,随输入信号电压uc(t)的变化而变化。
该特性的表达式为
上式说明,当uc(t)随时间而变时,压控振荡器的振荡频率ωu也随时间而变,Pll进入"频率牵引",自动跟踪捕捉输入信号的频率,使PLL进入锁定状态,并保持ω0=ω。
1.2 频率合成器原理
如图4所示,PLL频率合成器是由参考频率源、参考分频器、相位比较器、环路滤波器、压控振荡器、可变分频器构成。
参考分频器对参考频率源进行分频,输出信号作为相位比较器参考信号。
可变分频器对压控振荡器的输出信号进行分频,分频之后返回到相位比较器输入端与参考信号进行比较。
当环路处于锁定时,有
f1=f2,因为f1=fr/M,f2=f0/N,所以有f0=Nfr/M。
只要改变可变分频器的分频系数N,就可以输出不同频率的信号。
2 集成锁相环CD4046电路介绍
CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路,其特点是电源电压范围宽(为3V~8V),输入阻抗高(约100M Ω),动态功耗小,在中心频率f0为10kHz下,功耗仅为600μW,属微功耗器件。
在电源电压VDD=15V时最高频率可达1.2MHz,常用在中、低频段。
CD4046内部集成了相位比较器1、相位比较器2、压控振荡器以及线性放大器、源跟随器、整形电路等。
各引脚功能如下:
1脚是相位输出端,环路人锁时为高电平,环路失锁时为低电平。
2脚是相位比较器I的输出端。
3脚是比较信号输入端。
4脚是压控振荡器输出端。
5脚是禁止端,高电平时禁止,低电平时允许压控振荡器工作。
6、7脚是外接振荡电容端。
8、16脚是电源的负端和正端。
9脚是压控振荡器的控制端。
10脚是解调输出端,用于FM 解调。
11、12脚是外接振荡电阻。
13脚是相位比较器2的输出端。
14脚是信号输入端。
15脚是内部独立的齐纳稳压管负极。
图5是CD4046内部结构图,图6是外围电路连线图。
相位比较器1采用异或门结构,使用时要求输入信号占空比为50%。
当两路输入信号的高低电平相异时,输出信号为高电平,反之,输出信号为低电平。
相位比较器1的捕捉能力和滤波器有关,选择合适的滤波器可以得到较宽的捕捉范围。
相位比较器2由一个信号的上升沿控制,它对输入信号的占空比要求不高,允许输入非对称波形,具有很宽的捕捉范围。
相位比较器2的输出和两路输入信号的频率高低有关,当14脚的输入信号比3脚的比较信号频率低时,输出为逻辑"0",反之则输出逻辑"1"。
如果两信号的频率相同而相位不同,当输人信号的相位滞后于比较信号时,相位比较器2输出的为正脉冲,当相位超前时则输出为负脉冲。
而当两个输入脉冲的频率和相位均相同时,相位比较器2的输出为高阻态。
压控振荡器需要外接电阻R1、R2和电容C1。
R1、C1是充放电元件,电阻R2起频率补偿作用。
VCO的振荡频率不仅和R1、R以及C1的取值有关,还和电源电压有关,电源电压越高振荡频率越高。
3 频率合成器外围电路设计
3.1 参考频率源
本设计中参考频率源选用CMOS石英晶体多谐振荡器-产生2MHz的矩形脉冲信号,电路如图7所示。
3.2 可变分频器
可变分频器由集成四位二进制同步加法计数器74LS161来完成。
这里采用4片74LS161通过预置数的方法来实现可变分频。
为提高工作速度,可采用图8所示接法。
利用同步方案最高可实现65536分频。
预制值=65536-N。
经过可变分频后获得的信号是窄脉冲信号,在输出端可利用74LS74对该信号进行二分频,以便获得方波信号,从而满足相位比较器1的占空比要求。
此时实际分频系数变为2N。
电路如图
8所示。
参考分频器与可变分频器采用同样的电路,目的在于通过设置不同的分频系数M,以实现不同的频率间隔的需求。
3.3 环路滤波
本设计选取无源比例积分滤波器作为环路滤波器,其时间常数T=(R7+R8)C5电
路如图9所示。
4 电路的调试
在调试的过程中需注意R1、R以及C1的选取,选取不同的R1、R、C1并合理设置可变分频系数N就可获得不同频率范围的输出信号,同时根据所需情况选取合适的滤波器,设置不同的参考分频系数即可改变频率间隔。
5 结束语
本电路由于频率范围和频率间隔可根据具体需要进行调节,且输出信号频率具有高稳定性和准确性,可广泛作为离散信号源来使用,也可用于集成。
此外,如用
单片机对分频器的置数端进行控制,可更加方便地实现频率的调整。