用CD4046组成的高倍锁相倍频器
锁相技术应用CD4046集成电路
锁相技术应用CD4046集成电路一、实验目的（1） 学习锁相环的工作原理、性能及使用方法；（2） 学习锁相环在调频信号解调中的应用原理。
二、实验要求（1） 装调CD4046锁相环电路，掌握锁定范围和有关参数之间的关系；（2） 观察和分析用锁相环调调频信号的工作过程。
三、锁相环的工作原理1、锁相环路的组成锁相环路为什么能够进入相位跟踪，实现输出与输入信号的同步呢？因为它是一个相位的负反馈控制系统。
这个负反馈控制系统是由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）和电压控制振荡器（VCO ）三个基本部件组成的，基本构成如图1： )(1t θ )(t u d )(t u c )(2t θ图1实际应用中有各种形式的环路，但它们都是由这个基本环路演变而来的。
下面逐个介绍基本部件在环路中的作用（1） 鉴相器（PD ）是一个相位比较装置，用来检测输入信号相位与反馈信号相位之间的相位差。
输出的误差信号是相差的函数，即鉴相特性可以是多种多样的，有正弦形特性、三角形特性、锯齿形特性等等。
常用的正弦鉴相器可用模拟相乘器与低通滤波器的串接作为模型。
（2） 环路滤波器（LP ）具有低通特性，它可以起到图中低通滤波器的作用，更重要的是它对环路参数调整起差决定性的作用。
（3） 压控振荡器（VCO ）是一个电压—―频率变换装置，在环中作为被控振荡器，它的振荡频率应随输入控制电压)(t u c 线性地变化。
实际应用中的压控振荡器的控制特性只有有限的线性控制范围，超出这个范围之后控制灵敏度将会下降。
压控振荡器应是一个具有线性控制特性的调频振荡器，对它的基本要求是：频率稳定度好（包括长期稳定度与短期稳定度）；控制灵敏度0K 要高；控制特性的线性度要好；线性区域要宽等等。
这些要求之间往往是矛盾的，设计中要折衷考虑。
PD LF VCO压控振荡器电路的形式很多，常用的有LC压控振荡器、晶体压控振荡器、负阻压控振荡器和RC压控振荡器等几种。
前两种振荡器的频率控制都是用变容管来实现的。
锁相环CD4046的应用设计及研究_曾素琼
文章编号：1003- 0107(2012)01- 0072- 04
Ab s tra ct: In this p a p e r,p ha s e loc ke d loop is d is c us s e d of the p rinc ip le a nd a p p lic a tion,PLL fre q ue nc y
CKA，输出端为 QA；另一个为五进制计数电路，计数脉 冲输入端为 CKB，输出端为 QB，QC，QD，这两个计数器 可独立使用；当将 QA 连到 CKB；R 01、R02、R92、R91 接地, 当计数脉冲输入 CKA 时，可构成十进制计数器[7]。
图 7 所示；把 CD4046 的 3 脚与 QB 相连，即 74LS90 为 4 分频时，用示波器测 CD4046 的 4 脚得到频率输出为 3.96kHz (理论值为 4.0kHz)的正弦波形，如图 8 所示；把 CD4046 的 3 脚与 QC 相连，用示波器测 CD4046 的 4 脚 得到频率输出为 7.94kHz (理论值为 8.0kHz)的正弦波形， 如图 9 所示。
频率合成器和常规的振荡式正弦信号频率源相比， 其主要优点是：
(1)具有较高的频率长期稳定度，相位噪声小。若频 率合成器用恒温控制的高稳定度的石英晶体振荡器作 为基准频率源(或称主晶振)的话，则△f/f0 可达 10-10～ 10-8/ 日，而常规的振荡式正弦信号频率源，其稳定度一 般的只能达到△f/f0=10-8～10-5/ 日；
图 2 倍频锁相环频率合成原理方框图
2.2 基于锁相环 CD4046 频率合成器设计
2.2.1 锁相环 CD4046 介绍
CD4046 常使用集成电路的锁相环。它是通用的 CMOS 锁相环集成电路，其特点是电源电压范围宽 (为 3～18V），输入阻抗高(约 100MΩ)，动态功耗小，在中心 频率 fo 为 10kHz 下功耗仅为 600μW，属微功耗器件。 CD4046 内部电原理框图如图 3 所示，它主要由相位比
锁相环CD4046设计频率合成器
目录一、设计和制作任务 (3)二、主要技术指标 (3)三、确定电路组成方案 (3)四、设计方法 (4)（一）、振荡源的设计 (4)（二）、N分频的设计 (4)（三）、1KHZ标准信号源设计（即M分频的设计） (5)五、锁相环参数设计 (6)六、电路板制作 (7)七、调试步骤 (8)八、实验小结 (8)九、心得体会 (9)十、参考文献 (9)附录：各芯片的管脚图 (10)锁相环CD4046设计频率合成器内容摘要：频率合成是以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率，由此导出多个或大量的输出频率，这些输出的准确度与稳定度与参考频率是一致的。
在通信、雷达、测控、仪器表等电子系统中有广泛的应用，频率合成器有直接式频率合成器、直接数字式频率合成器及锁相频率合成器三种基本模式，前两种属于开环系统，因此是有频率转换时间短，分辨率较高等优点，而锁相频率合成器是一种闭环系统，其频率转换时间和分辨率均不如前两种好，但其结构简单，成本低。
并且输出频率的准确度不逊色与前两种，因此采用锁相频率合成。
关键词：频率合成器CD4046一、设计和制作任务1．确定电路形式，画出电路图。
2．计算电路元件参数并选取元件。
3．组装焊接电路。
4．调试并测量电路性能。
5．写出课程设计报告书二、主要技术指标1．频率步进 1kHz2．频率稳定度f ≤1KHz3．电源电压 Vcc=5V三、确定电路组成方案原理框图如下，锁相环路对稳定度的参考振动器锁定，环内串接可编程的分频器，通过改变分频器的分配比N，从而就得到N倍参考频率的稳定输出。
晶体振荡器输出的信号频率f1，经固定分频后（M分频）得到基准频率f1’，输入锁相环的相位比较器（PC）。
锁相环的VCO输出信号经可编程分频器（N分频）后输入到PC的另一端，这两个信号进行相位比较，当锁相环路锁定后得到：f1/M=f1’=f2/N 故f2=Nf’1 (f’1为基准频率)当N变化时，或者N/M变化时，就可以得到一系列的输出频率f2。
用CD4046组成的高倍锁相倍频器
⽤CD4046组成的⾼倍锁相倍频器
⽤CD4046组成的⾼倍锁相倍频器
孙⼴俊;张景伟
【期刊名称】《国外电⼦元器件》
【年(卷),期】1998(000)002
【摘要】本⽂介绍了锁相环集成电路ＣＤ４０４６的内部结构功能及特点，并给出在⾼倍锁相倍频器中的应⽤。
【总页数】2页(36-37)
【关键词】锁相环;锁相倍频;压控振荡;分频;倍频器
【作者】孙⼴俊;张景伟
【作者单位】电⼦⼯业部第22研究所;电⼦⼯业部第22研究所
【正⽂语种】英⽂
【中图分类】TN771
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用CD4046 组成的高倍锁相倍频器
SM 2581 有如下特点 : ●内含四个电阻通道 , 分别作为四个可调 电位器 ; ●根 据 后 缀 不 同 , 可 变 阻 值 范 围 有 10kΩ、50kΩ、100kΩ 三种 ; ●每个电阻通道有 256 个滑臂阻值定位 点 ,可用微处理器进行编程控制 ,也可手动控制 ;
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图 1 SM 2581 管脚排列图
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《国外电子元器件》1998 年第 2 期 1998 年 2 月
●新特器件应用
用 CD4046 组成的高倍锁相倍频器
电子工业部第 22 研究所 孙广俊 张景伟
摘要 : 本文介绍了锁相环集成电路 CD4046 的内部结构功能及特点 ,并给出在高倍锁 相倍频器中的应用 。 关键词 :锁相环 锁相倍频 压控振荡 分频
CD4046 的组成方框图如图 1 所示 。整 个电路由鉴相器 Ⅰ、鉴相器 Ⅱ、压控振荡器 、 源极跟随器和一个 5V 左右的齐纳二极管等 几部分组成 。两个鉴相器有公共输入端和反 馈输入端 ,并分别加有整形放大器 。 1. 2 使用说明
使用时需外接低通滤波器(阻容元件) 形 成完整的锁相环 。此外 , 其内部设有一个
源极跟随器在 V CO 输入电压作用下由 脚 10 输出解调信号 。如果使用这一端时 ,应 从 脚 10 到 V SS 外 接 一 个 电 阻 R3 ( R3 ≥ 10kΩ) 作为负载 ,如果不使用这个端子 ,可以 断开 。V CO 输出可以直接与相位比较器连 接 , 也可以通过分频器连到相位比较器的输 入端 。
CD4046中文资料
CD4046中文资料
锁相环CD4046为数字锁相环(PLL)芯片，内有两个PD、VCO、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。
它具有电源电压范围宽、功耗低、输入阻抗高等优点，其工作频率达1MHz，内部VCO 产生50% 占空比的方波，输出电平可与TTL电平或CMOS 电平兼容。
同时，它还具有相位锁定状态指示功能。
信号输入端：允许输入0.1V左右的小信号或方波，经A1放大和整形，提供满足PD要求的方波。
PDI由异或门构成，具有三角形鉴相特性。
它要求两个输入信号均为50%占空比的方波。
当无输入信号时，其输出电压为VDD/2，用以确定VCO的自由振荡频率PDI 由异或门构成，具有三角形鉴相特性。
它要求两个输入信号均为50%占空比的方波。
当无输入信号时，其输出电压为VDD/2，用以确定VCO的自由振荡频率。
通常输入信噪比以及固有频差较小时采用PDI，输入信噪比较高或固有频差较大时，采用PDⅡ。
R1 、R2、C确定VCO 频率范围。
R1控制最高频率，R2控制最低频率。
R2=∞时，最低频率为零。
无输入信号时，PDⅡ将VCO调整到最低频率。
锁相环CD4046的一个重要功能是：内部压迫、控振荡器的输出信号从第4脚输出后引至第3脚输入，与从第14脚输入的外部基准频率信号和相位的比较。
当两者频率相同时同，压控振荡器的频率能自动调整，直到与基准频率相同。
CD4046内部结构图。
cd4046原理
cd4046原理CD4046是一种常用的集成电路，用于频率锁定环路和相位比较器。
它由一个VCO（Voltage Controlled Oscillator）和两个相位比较器组成。
我们来了解一下CD4046的基本原理。
CD4046是一种锁相环（PLL）电路，它可将输入信号锁定在特定的频率上。
PLL是一种负反馈控制系统，它通过调整输出信号的相位和频率来与输入信号保持一致。
CD4046的输入信号经过一个相位比较器与VCO的输出信号进行比较，然后通过一个滤波器对比较结果进行平滑处理，最后输出给VCO进行频率调整。
CD4046中的相位比较器有两个，分别为相位比较器1和相位比较器2。
相位比较器1用于锁定输入信号的相位，相位比较器2用于锁定输入信号的频率。
相位比较器1的输出信号经过一个低通滤波器来获得一个平均值，然后输入给VCO进行频率调整。
相位比较器2的输出信号则直接输入给VCO进行相位调整。
CD4046中的VCO是一个电压控制的振荡器，它的频率可以通过控制输入信号的电压来调整。
VCO的输出信号经过一个分频器后又反馈给相位比较器1和相位比较器2，形成一个闭环控制系统。
当输入信号的频率与VCO的输出频率不一致时，相位比较器1和相位比较器2会产生不同的输出信号，通过调整VCO的频率和相位，使得两个输入信号保持一致。
CD4046的频率锁定环路具有很多应用。
一种常见的应用是频率合成器，它可以将一个稳定的参考信号通过CD4046锁定在所需的频率上，用于无线电调谐器和通信系统中。
另一种应用是相位比较器，它可以用于数字通信系统中的时钟恢复和数据同步。
总结一下，CD4046是一种用于频率锁定环路和相位比较器的集成电路，它通过相位比较器和VCO的组合来实现输入信号的锁定。
CD4046广泛应用于无线电调谐器、通信系统和数字通信系统等领域。
通过对CD4046的深入了解，我们可以更好地理解和应用这一集成电路。
CD4046的倍频电路设计
设计项目：基于CD4046的倍频电路设计
使用TI产品及设计过程：本设计采用锁相环芯片CD4046和分频器CD4040实现，效果良好，CD4046压控振荡输出到分频器CD4040的时钟输入端，经分频后回馈到CD4046的鉴相器输入端，和待倍频的输入信号进行相位比较，得出的相位差经过低通滤波器产生一个控制电压调节压控振荡器的输出振荡频率，当鉴相器的两输入端频率相位一样时（即相位锁定），压控振荡器的输出频率即为倍频和的频率。
整个电路如附件所示。
我在采用CD4046+CD4040进行倍频电路设计过程中走了很多弯路，总结一下以供大家参考：1、芯片外围电路参数的选择应严格按照DATASHEET上的要求进行选择。
2、倍频的倍数不能太大，太大的话会造成倍频出来的结果很不稳定。
3、准确选择R1、C1和R2的参数，这三项的参数如果设置不正确将会造成倍频输出不对的结果。
您的感想：通过这次设计使我充分掌握了分频和倍频的原理以及实现方法。
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1. 概述
CD4046 是一种低频多功能单片数字集 成锁相环集成电路 , 最高 10k Hz 时 , 功耗为 0. 15～9mW 。与类似的双极性单片集成锁相 环相比 ,功耗降低了数十至数百倍 ,这对于要 求功耗小的设备来说 ,是非常重要的 。 1. 1 电路组成
图1
6. 2V 的齐纳稳压管 , 需要时可作为辅助电 源。
●压控振荡器 :它附有跟随器 ,输入受禁 止端 Ink 控制 , 当 Ink 为高电平时 , V CO 被封 锁。
V CO 部分需要一个外接电容 C1 和外 接电阻 R1 、R2 , 电阻 R1 和电容 C1 决定 V CO 的频率范围 , 电阻 R2 可以使 V CO 的 频率得到补偿 。振荡频率不仅和电源电压有 关 ,而且还与外接电阻电容的数值有关 。
1. 张风言 、王建刚编著 ,《模拟集成 电路及应用》, 中国铁道出版社 。
2. 吴纯国等编著 ,《数字集成电路与 逻辑技术》, 黑龙江科学技术出版社 。
咨询编号 :980210
●元器件卡片
四通道 256 阶数字电位器 SM 2581
SM2581 是一种全集成固态数字电位 器 , 与传统的模拟电位器的工作原理 、外形 、 结构完全不同 ,它取消了活动件 ,克服了模拟 电位器的主要缺点 。
SM 2581 有如下特点 : ●内含四个电阻通道 , 分别作为四个可调 电位器 ; ●根 据 后 缀 不 同 , 可 变 阻 值 范 围 有 10kΩ、50kΩ、100kΩ 三种 ; ●每个电阻通道有 256 个滑臂阻值定位 点 ,可用微处理器进行编程控制 ,也可手动控制 ;
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图 1 SM 2581 管脚排列图
●相位比较器 : 相位比较器 I 是异 或门 , 使用时要求输入信号的占空比为 50 % , 当输入端无信号时 (只有 V CO 信 号) , 相位比较器 I 输出 1/ 2VDD 电压 , 使 V CO 在中心频率处振荡 。相位比较器 I 的捕捉范围取决于低通滤波器的特性 ,适 当选择低通滤波器可以得到较大的捕捉 范围 。
相位比较器 Ⅱ只是在输入信号的上 升沿起作用 , 所以不要求波形占空比为 50 % 。相位比较器 Ⅱ的捕捉范围与低通 滤波器 RC 的数值无关 。
用 CD4046 组成的高倍锁相倍频器
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2. 应用实例
图 2 给出 CD4046 集成锁相环路在脉宽 测量装置中作为锁相倍频器的应用实例 , 这 是一个 64 倍锁相倍频器 。
电路中 , D 3 是一个累加器 , D 4 是一个 八输入与非门 。由 D 3 、D 4 、D 2 : 2 、D 5 、D 6 实
图 2 用 CD4046 组成的 64 倍频锁相环
现 64 分频功能 , 工作过程如下 : 当加到 D 3的 CL K 端来 的输入 脉冲 个数 达到 128 个时 , 使其输出端 Q 1～Q 7 的电平全为 1 , 即D 4 的 1 、2 、3 、4 、5 、6 、11 脚的电平全为高 电平 ,这样就使 D4 的输出端变为 0 ,使 D ∶ 2的 SD 端变为低电平 ,D 2 的输出 Q 变为低 电平 , 从而使 D3 复位 , 准备新的一次倍频
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《国外电子元器件》1998 年第 2 期 1998 年 2 月
●新特器件应用
用 CD4046 组成的高倍锁相倍频器
电子工业部第 22 研究所 孙广俊 张景伟
摘要 : 本文介绍了锁相环集成电路 CD4046 的内部结构功能及特点 ,并给出在高倍锁 相倍频器中的应用 。 关键词 :锁相环 锁相倍频 压控振荡 分频
过程 。 信号经过 D2 ∶1 (D 型触发器) 进行
2 分频以保证信号占空比为 50 % ,满足锁 相环对信号占空比的要求 。
从图 2 中还可以看出 , 只要将这一 电路稍加改变就可以做成 64 倍频以下 的多种倍频器 。当然 ,如果将 D 3 的Q 1～ Q 12 全部利用上 , 可以做成更高倍的锁 相倍频器 , 因此该电路具有一定的代表 性与通用性 。 参考文献
CD4046 的组成方框图如图 1 所示 。整 个电路由鉴相器 Ⅰ、鉴相器 Ⅱ、压控振荡器 、 源极跟随器和一个 5V 左右的齐纳二极管等 几部分组成 。两个鉴相器有公共输入端和反 馈输入端 ,并分别加有整形放大器 。 1. 2 使用说明
使用时需外接低通滤波器 (阻容元件) 形 成完整的锁相环 。此外 , 其内部设有一个
源极跟随器在 V CO 输入电压作用下由 脚 10 输出解调信号 。如果使用这一端时 ,应 从 脚 10 到 V SS 外 接 一 个 电 阻 R3 ( R3 ≥ 10kΩ) 作为负载 ,如果不使用这个端子 ,可以 断开 。V CO 输出可以直接与相位比较器连 接 , 也可以通过分频器连到相位比较器的输 入端 。