毕业论文：频率合成器的设计与分析

相关合成法只使用个晶体参考频率源，所需要的各种频率都由它经过分频﹑混频和倍频后得到，因而合成器输出频率的准确度和稳定度与参考源样，现在难解难分大多数直接式频率合成器都采用这种方法。

直接式频率合成器的显著特点是分辨率高﹑频率转换速度快﹑工作稳定可靠﹑输出信号频谱纯度高等。

最大的缺点就是体积大﹑笨重﹑成本高。

间接式频率合成器间接式频率合成器又称为锁相频率合成器，利用锁相环构成频率合成器。

锁相频率合成器是目前应用最广泛的频率合成器。

直接式频率合成器中所固有的那些缺点，如体积庞大﹑成本高﹑输出端出现的寄生频率等，在应用锁相环路的频率合成器中就大大减少了。

基本的锁相频率合成器如图所示。

当锁相环锁定后，相位检波器两输入端的频率是相同的，即图基本锁相环频率合成器输出频率经分频得到所以输出频率是参考频率的整数倍，即这样，环中带有分频器的锁环就提供了种从单个参考频率获得大量频率的方法。

如果用可编程分频来实现分频比，就很容易按增量来改变输出频率。

带有可编程分频器的锁相环为合成大量频率提供了种方法，合成频率都是参考频率的整数倍。

这种基本的锁相频率合成器存在以下几个问题。

首先，从式子可知道，频率分辨率等于，即输出频率只能以参考频率为增量来改变。

为了提高频率合成器频率分辨率就必须将减小，然而这与转换时间短是相矛盾的。

因为转换时间取决于锁相环的非线性性能，精确的表达式目前还难为导出，工程上常用的经验公式为转换时间大约为个参考频率的周期。

分辨率与转换时间成反比。

例如，则，这显然难以满足系统的要求。

基本锁相频率合成器的另个问题是输出是直接加到可变分频器上的，而这种可编程分频器的最高工作频率可能比所要求的合成器工作频率低得多，因此在很多场合基本频率合成器是不适用的。

固定分频器的工作频率明显高于可变分频比，超高速器件的上限频率可达千兆赫以上。

若在可变分频器之前串接固定分频器的前置分频器，则可大大提高的工作频率，如图所示。

前轩分频器的分频比为，则可得图有前置分频器的锁相频率合成器采用了前置分频器之后，以许合成器得到较高的工作频率，但是因为是固定的，输出频率只能以为增量变化，合成器的分辨率下降了。

避免可编程分频器工作频率过高的另个途径是，用个本地振荡器通过混频将频率下移，如图所示。

图下变频锁相频率合成器混频后用低通滤器取出差频分量，分频器输出频率为因此总之，锁相频率合成器的频率分辨率取决于，为提高频率分辨率应取较低的而转换时间也取决于，为使转换时间短应取较高的，这两者是矛盾的。

另外，可变分频器和下变频的简单方法并不能从根本上解决这些矛盾。

近年来出现的变模分频锁相频率合成器﹑小数分频锁相频率合成器以及多环锁相频率合成器等的性能比基本锁相频率合成器有了明显的改善，满足了各类应用的需求。

直接数字式频率合成器直接数字式频率合成器是近年来发展非常迅速的种器件，它采用全数字技术，具有分辨率高，频率转换时间短﹑相位噪声低等特点﹑差具有很强的调制功能和其它功能。

的基本思想是在存储器中存入正弦波的个均匀间隔样值，然后以均匀速度把这些样值输出到数模变换器，将其变换成模拟信号。

最低输出频率的波形会有个不同的点。

同样的数据输出速率，但存储器中的值每隔个值输出个，就能产生二倍频率的波形。

以同样的速率，每隔个点输出就得到倍频率的波形。

频率分辨率与最低频率样。

基个限频率由速率决定，与所有的工作频率有关。

的组成图如图的示，它由相位累加器﹑只读存储器﹑数模转换器和低通滤波器组成，图中为时钟。

相位累加器和构成数控振荡器。

相位累加器的长度，用频率控制字去迭制相位累加器的次数。

对个定频，为常数，即定频率信号的相位变化与时间成线性关系，用相位累加器来实现这个线性关系。

不同的什需要不同的输出，这就可用不同的值加到相位累加器来完成。

当最低有效位为加到相位累加器时，产生最低的频率，在时钟的作用下，经过了位累加器的个状态输出频率为。

加任意的值累加器，则的输出频率为图的组成框图在时钟的作用下，相位累加器通过查表，得到对应于输出频率的量化振幅值，通过变换，得到连续的量化振幅值，再经过低通滤器滤波后，就可得到所图开关拨至脚，则比较器Ⅰ将从脚输入的比较信号与输入信号作相位比较，从相位比较器输出的误差电压则反映出两者的相位差。

经及滤波后得到控制电压加至压控振荡器的输入端脚，调整的振荡频率，使迅速逼近信号频率。

的输出又经除法器再进入相位比较器Ⅰ，继续与进行相位比较，最后使得，两者的相位差为定值，实现了相位锁定。

若开关拨至脚，则相位比较器Ⅱ工作，过程与上述相同，不再赘述。

分频的设计是可预置数的二十进制减计数器。

其管脚图如图，其中是预置端，是计数器输出端，其余控制端的功能如下图管脚时，值置进计数器，且时，计数器减计数且计数器减到时，时，计数器清零。

单片分频器，拨盘开关为码开关，如当数据窗口显示时则和，相连当显示时，则和相连，其余类推。

个电阻用来保证当拨盘开关为脚不和相连，也就是悬空时，为低电平，如图图拨盘开关工作过程是这样的设拨盘开关拨到，当时刻，则置到内的计数器中，下个来时，计数器减计数变为直到第个来时，计数器为。

这时由于，所以，也即又恢复到开始状态，开始个新的循环。

很显然，每来个个，就会出现个高电平，也就是应是的分频信号，则可组成频率合成器。

把三片级连起来，则又可组成的频率合成器，如图图最终做到的是拨盘开关的数值是多少，输出信号的频率就是多少。

标准信号源的设计由于没有直接的的晶振块，所以得通过设计，得出个的标准信号源。

方法有很多种，在这里，通过单片机，烧入程序可得到的标准信号源，具体程序如下，锁相环的参数设计则可产生本设计中，固定，可变。

基准频率定为，改变值，使，的频率范围。

锁相环锁存范围则使用相位比较器若≠∞，则由大概确定的值约为选定，可得。

选定，可求出若∞，由，并选定，可得又最终算出令，则第四章软件介绍及仿真概述软件是英国公司出版的工具软件该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司。

它不仅具有其它工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

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还可以直接在基于原理图的虚拟原型。

上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。

配合系统配置的虚拟逻辑分析仪示波器等，建立了完备的电子设计开发环境。

的电路功能仿真在绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件，可以在的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。

是单片机课堂教学的先进助手。

不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。

前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。

它的元器件连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。

这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例元器件选择电路连接电路检测电路修改软件调试运行结果等。

仿真整体的仿真电路图如图图锁相环频率合成器仿真时钟电路如图图时钟电路单片机如图，以的晶振基准频率，把程序写入单片机，可得的标准信号源。

图单片机锁相环如图图分频电路的设计图如图带拨码盘的分频电路复位电路如图图复位电路上拉电阻如图加大单片机输出的驱动能力图上拉电阻对仿真电路的个位﹑十位﹑百位分别进行仿真如图﹑﹑图频率合成器个位频率仿真图频率合成器十位频率仿真图频率合成器十位频率仿真明显由于个位的数值变化最快，所以方波周期最小同理，百位数值变化最慢，所以方波周期最大。

当拨码开关拨了数值时的频率合成，如图图拨码盘拨了数值的频率合波形图第五章焊接与调试在制作电路板之前，要先对整个电路结构及其在万用板的布局进行分析，然后画出实际的布线图。

在焊电路板之前，应该要做些准备工作，把各个元器件和工具都准备好，很重要的点就是要选择块比较新的万用板，这样在焊接过程中比较好焊，容易使锡粘到铜圈上。

由于要产生的较高频率，所以在焊接电路时要尽量使各个器件都贴在万用板上，减小各个器件的引脚，从而降低对电路的影响。

当硬件实品焊接完毕后，对其进行调式把开关往左拨，即断开与的连接，测试本身的振动频率本身的振动频率拨动拨码盘，测输出频率拨码盘输出频率脚频率检测不到检测不到为什么当频率为以上时，的引脚频率不能测到我想原因应该有多种可能，种是可能锁相环的锁定范围不能达到，但是脚的输出频率为，从这个可以看出应该还是在锁相环的锁定范围的另种可能就是分频的问题，当输入为分频时，脚可以测出，但是占空比已经是非常小的了，从示波器上只能看到条线，当输入为时，脚信号的占空比更小了，示波器可能测不出来。

第六章实验总结通过本次实验，使自己对锁相环的工作原理及其应用有了较深的理解，锁相环应用愈广，锁相环是在无线电发射中使频率较为稳定的种方法。

例如为相干解调提取参考载波建立位同步等，也可以用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提高抗干扰能力。

很重要的点是，通过实验提高了发现问题，运用理论知识解决实际问题的能力。

通过调试来发现自己的并分析及排除这些故障，结合自己在实验过程中碰到的问题，我觉得在调试过程中应该注意调试时应该分模块进行调试，每个模块都测试成功之后再测试整体，这样可以更好的检查出问题所在。

就比如这次实验，刚开始时，晶振不起振，这时我就用函发直接输入个的频率作为频率源，检测分频的输出是否正常，同样的做法来判断分频是否正常。

致谢参考文献曾兴雯主编的高频电子线路高等教育出版社张厥胜，郑继禹，万心平，锁相技术，西安电子科技大学出版社高树，低相数字锁相环频率综合器和康元，尹学玉小数分