毕业论文--基于PLL信号发生器的设计

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1、 1 1 引言 随着通信技术、数字电视、航空航天和遥控技术的不断发展，对频率源的频率稳 定度、频谱纯度、频率范围和输出频率数量的要求也越来越高。为了提高频率的稳定 度，经常采用晶体振荡器等方法来解决，但它很难产生多个频率信号。而频率合成技 术，可以通过对频率进行加、减、乘、除运算，从一个高稳定度和高准确度的标准信 号源，产生大量具有同样高稳定度和高准确度的不同频率。频率合成器是从一个参考 频率中产生多种频率的器件。基于频率合成器的这以一特点，利用锁相式频率合成技 术，可以制作高稳定度、宽频带的正弦波信号发生器。 2 设计要求 利用锁相环技术产生一个失真度小、频率从 30MHz 到 100MHz

2、 的可调的正弦波信 号。根据频率的不同选择不同步进的标准频率。当信号处于较低频率时，选择步进为 1KHz的标准频率，此时它的最小误差不大于 0.8%；当信号在较高的频率段时，选择 以 25 KHz为标准频率，它的最小误差不大于 0. 5%。 3 方案论证与比较 3.1 压控振荡器方案论证与选择 方案 1：采用分立元件构成。利用低噪声场效应管，用单个变容二极管直接接入 振荡回路作为压控器件。 图 3-1 压控振荡电路 电路是电容三点式振荡器，如图 3-1 所示。该方法实现简单，但是调试困难，而 且输出频率不易灵活控制 1。 方案 2：采用压控振荡器和变容二极管，及一个 LC 谐振回路构成变容二极

3、管压控 振荡器。只需要调节变容二极管两端的电压，便可改变压控振荡的输出频率。由于采 用了集成芯片，电路设计简单，系统可靠性高，并且利用锁相环频率合成技术可以使 输出频率稳定度进一步提高。 综上所述，方案 2 具有更优良的物性和更简单的电路构成，所以使用方案 2 作为 100k 100k4.7k 100k 100k 3.3k 1k 1000p 68p 0.01u 5p 0.01u 47p 0.1u 1u 2SC1906 T1 D1 A VCC 2 本次设计的方案。 3.2 频率合成器的设计方案论证与选择 方案 1:采用直接式频率合成器技术,将一个或几个晶体振荡器产生的标准频率 通过谐波发生器产生

4、一系列频率,然后再对这些频率进行倍频、分频或混频，获得大 量的离散频率。其组成框图如 3-2 所示。直接式频率合成器频率稳定度高，频率转换 时间短，频率间隔小。但系统中需要用大量的混频器、滤波器等，体积大，易产生过 多杂散分量，而且成本高、安装调试都比较困难。 图 3-2 直接式频率合成 方案 2：采用模拟锁相式频率合成器技术，通过环路分频器降频，将 VCO 的频率 降低，与参考频率进行鉴相。优点：可以得到任意小的频率间隔；鉴相器的工作频率 不高，频率变化范围不大，较容易实现，带内带外噪声和锁定时间易于处理，频率稳 定度与参考晶振的频率稳定度相同。缺点是分频率的提高要通过增加循环次数来实 现，

5、电路超小型化和集成化比较复杂 2。 方案 3：采用数字锁相环式频率合成技术，由晶振、鉴频/鉴相（FD/PD） 、环路 滤波器（LPF） 、可变分频器（N）和压控振荡器（VCO）组成。组成框图如图 5-1 所示。利用锁相环，将 VCO 的输出频率锁定在所需频率上。此电路可以很好地选择所 需频率信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器，采用大规模的集成芯片，与 前两种方案相比可以简化频率合成部分的设计，有利于集成化和小型化。频率合成采 用大规模集成 PLL 芯片 BU2614，VCO 选用 MC1648； 综上所述，选择方案 3 即采用大规模 PLL 芯片 BU2614 和其他芯片构成数字锁相

6、环式频率合成器。 4 系统组成 根据要求设计信号发生器，输出信号为正弦波。设计中采用锁相环式的频率合成 技术，利用锁相环，使输出的正弦波频率与晶体振荡器的稳定度一样。控制部分采用 单片机来完成，利用数码管对频率进行显示并对频率值进行存储。系统框图如图 4-1 所示 晶振 谐 波 发 生 器 分频器 倍频器 混频器 fOut2 fOut3 fOut1 3 图 4-1 系统框图 5 锁相环介绍 5.1 锁相环的概念 锁相环是指使高频振荡器的频率与基准频率的整数倍频率一致时所使用的电路。 通常基准振荡器都使用晶体振荡器，所以高频振荡的频率稳定度与晶体振荡器相同。 5.2 锁相环基本框图 图 5-1 是锁相环的基本结构图，由 VCO、相位比较器、基准频率振荡器、环路滤 波器所组成的。在这里用rf表示基准频率振荡器频率，0f则表示 VCO 的频率。当压 控振荡器的频率0f由于某种原因而发生变化时，必然相应地产生相位的变化。相位 图 5-1 PLL 的基本结构图 的变化在鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位rf相比较，