通信工程专业综合设计报告

通信工程专业综合设计

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第一章设计任务及设计目的 (1)

1.1设计任务及要求 (1)

1.2设计目的 (1)

第二章设计思路和实验原理 (2)

2.1锁相环原理 (2)

2.2锁相环频率合成器原理 (2)

2.3集成锁相环CD4046介绍 (3)

2.4信号产生部分 (4)

2.5可变分频器连接电路 (4)

第三章电路制作与调试 (6)

3.1电路板制作 (6)

3.2调试步骤 (6)

第四章心得体会 (7)

附录 (8)

附录一实验电路图 (8)

附录三元器件清单 (10)

参考文献 (11)

基于锁相环的频率合成器

摘要：随着现代电子技术的发展，具有高稳定性和准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。由频率合成技术获得的信号源具有高频率稳定度和准确度，并且能方便地改变频率。锁相环频率合成器是目前应用较为广泛的一种频率合成技术。本文简要介绍了基于锁相环的频率合成器的原理以及集成锁相环CD4O46的内部电路构成．给出了一个基于CD4046的频率范围和频率间隔均可调的频率合成器的设计实例。该方案简单易行且易于调试，具有较高的实用价值。

第一章设计任务及设计目的

1.1设计任务及要求

设计一个基于锁相环的频率合成器，基本要求如下：

（1）根据设计框图设计出具体的实现电路；

（2）频率稳定度至少达到10-5/月的稳定度；

（3）输出频率从1KHz-999KHz预置可调；

（4）焊接系统电路并调试；

（5）撰写设计报告，3000字左右。

1.2设计目的

（1）熟悉PLL的内部结构和工作原理；

（2）熟悉频率合成器的工作特性；

（3）熟悉集成电路的引脚安排；

（4）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法；

（5）学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真；

（6）熟悉基于锁相环的频率合成器的设计与制作。

第二章 设计思路和实验原理

2.1锁相环原理

锁相环(PLL)是构成频率合成器的核心部件。主要由相位比较器(PD)、压控振荡器(VCO)、环路滤波器(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电路。他的被控制量是相位，被控时象是压控振荡器。如图l 所示，如果锁相环路中控振荡器的输出信号频率发生变化，则输入到相位比较器的信号相位()v t θ和()R t θ必然会不同，使相位比较器输出一个与相位误差成比例的误差电压()d V t ，经环路滤波器输出一个缓慢变化的直流电压

()c V 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。

相位比较器

环路滤波器

压控振汤器

()

d V t ()

c V t ()

R t θ()

v t θ()

v t θ

图1 锁相环原理

2.2锁相环频率合成器原理

如图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进行分频，输出信号作为相位比较器参考信号。

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r

f 1

f 2

f o

f ÷M

÷N

图2 锁相环频率合成器原理

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

1f =2

f ，因为

1f =r f /M

，

2

f =

o

f /N ，所以有

o

f =N

r f /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。 2.3集成锁相环CD4046介绍

单片集成锁相环CD4046采用CMOS 电路工艺，特点是电源电压范围宽(3～18 V)，输入阻抗高(约100M )，动态功耗小。在电源电压VDD=15 V 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I 、相位比较器Ⅱ、压控振荡器以及线性放大器、源跟随器、整形电路等。

相位比较器I 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I 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Ⅱ由一个信号的上升沿控制，他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。 图3 CD4046引脚和外围电路图

相位比较器Ⅱ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Ⅱ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Ⅱ的输出为高阻态。

压控振荡器需要外接电阻

R，2R和电容1C。1R，1C是充放电元件，

1

电阻

R起到频率补偿作用。VCO的振荡频率不仅和1R，2R以及1C的取值2

有关，还和电源电压有关，电源电压越高，振荡频率越高。CD4046引脚和外围电路图如图3所示。

2.4信号产生部分

本设计中参考频率源选用COMS石英晶体多谐振荡器产生100KHz 的矩形脉冲信号，电路如图4所示。

图4 信号产生部分电路图

2.5可变分频器连接电路

用三片CC4522组成1——999KHZ频率合成器如图5所示，最终应做到拨盘开关的数值是多少，VCO输出信号的频率就是多少KHz。