RF講座三(PLL頻率合成技術(shù)綜述

1、目錄目錄專題三：專題三：PLL頻率合成技術(shù)頻率合成技術(shù)目錄目錄一、一、頻率合成技術(shù)概述頻率合成技術(shù)概述二、二、PLLPLL基本原理基本原理三、三、PLLPLL頻率合成器頻率合成器目錄目錄1.1 頻率合成器的作用頻率合成器的作用1.2 頻率合成器的分類頻率合成器的分類1.3 頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)目錄目錄1.1 頻率合成器的作用頻率合成器的作用 為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無線通信，抗干擾，近代通信系統(tǒng)往為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無線通信，抗干擾，近代通信系統(tǒng)往往要求通信機(jī)具有大量的、可供用戶選擇的、能迅速更換往要求通信機(jī)具有大量的、可供用戶選擇的、能迅速更換的頻率穩(wěn)定度和精度很高的載波信號(hào)頻率

2、。的頻率穩(wěn)定度和精度很高的載波信號(hào)頻率。 晶體振蕩器雖然頻率穩(wěn)定度和精度很高，但其頻率值只晶體振蕩器雖然頻率穩(wěn)定度和精度很高，但其頻率值只能在很小范圍內(nèi)微調(diào)。能在很小范圍內(nèi)微調(diào)。 頻率合成器作用：頻率合成器作用：利用一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生一系利用一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)頻率，產(chǎn)生一系列等間隔的離散頻率。這些頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均和基列等間隔的離散頻率。這些頻率的頻率穩(wěn)定度和精度均和基準(zhǔn)頻率的相同，且頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)間很短。準(zhǔn)頻率的相同，且頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)間很短。目錄目錄1.2 頻率合成器的分類頻率合成器的分類利用倍頻、分頻、混頻等方法利用倍頻、分頻、混頻等方法直接產(chǎn)生。信號(hào)質(zhì)量較差。直接產(chǎn)生。信號(hào)質(zhì)量較差。

3、直接頻率合成器直接頻率合成器間接頻率合成器（即鎖相頻率合成器）間接頻率合成器（即鎖相頻率合成器）直接數(shù)字頻率合成器直接數(shù)字頻率合成器DDS利用鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)簡利用鎖相技術(shù)實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)簡單、輸出頻率成分頻譜純度單、輸出頻率成分頻譜純度高，控制方便等優(yōu)點(diǎn)。高，控制方便等優(yōu)點(diǎn)?；谌珨?shù)字技術(shù)。輸出頻率可高達(dá)幾百基于全數(shù)字技術(shù)。輸出頻率可高達(dá)幾百M(fèi)Hz。它由參考時(shí)鐘、相位累加器、只。它由參考時(shí)鐘、相位累加器、只讀存儲(chǔ)、讀存儲(chǔ)、DAC和濾波器等組成。和濾波器等組成。目錄目錄1.3 頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)頻率合成器的主要技術(shù)指標(biāo)1. 頻率范圍頻率范圍2. 頻率間隔頻率間隔 fo（又稱分辨率）（又稱分辨

4、率）相鄰頻率之間的最小間隔相鄰頻率之間的最小間隔輸出最低頻率輸出最低頻率fomin和最高頻率和最高頻率fomax之間的變化范圍。之間的變化范圍。如如VHF波段的調(diào)頻通信機(jī)頻率間隔為波段的調(diào)頻通信機(jī)頻率間隔為25kHz/12.5kHz/5kHz。目前。目前PLL頻率合成器可做到頻率合成器可做到100kHz/10Hz/1Hz ，而，而DDS合成器可做到合成器可做到1Hz以下以下實(shí)際中每個(gè)分波段由一個(gè)實(shí)際中每個(gè)分波段由一個(gè)VCO來滿足分波段頻率范圍來滿足分波段頻率范圍 目錄目錄頻率穩(wěn)定度指：頻率穩(wěn)定度指：在規(guī)定的觀測時(shí)間內(nèi)，合成器輸出頻率偏離在規(guī)定的觀測時(shí)間內(nèi)，合成器輸出頻率偏離標(biāo)稱值的程度。一般用

5、偏離值與輸出頻率的標(biāo)稱值的程度。一般用偏離值與輸出頻率的相對(duì)值來表示。相對(duì)值來表示。頻率準(zhǔn)確度指：頻率準(zhǔn)確度指：實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率值之差，又稱頻率實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率值之差，又稱頻率誤差。誤差。3. 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間ts從一個(gè)工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作頻率，從一個(gè)工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作頻率，并達(dá)到穩(wěn)定工作所需要的時(shí)間。它包含并達(dá)到穩(wěn)定工作所需要的時(shí)間。它包含電路延遲時(shí)間和電路延遲時(shí)間和PLL捕捉時(shí)間。捕捉時(shí)間。4. 頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度換頻時(shí)間換頻時(shí)間ts對(duì)不同的合成方式是完全不同的：對(duì)不同的合成方式是完全不同的： 模擬直接合成法：模擬直接合成法：ms級(jí)以下甚至到

6、級(jí)以下甚至到 s級(jí)；級(jí)； DDS：納秒級(jí)：納秒級(jí)（1ns=10-9s） PLL頻率合成：頻率合成：rsft25 頻率合成器中輸出頻率的穩(wěn)定度主要取決于參考頻率的穩(wěn)定度。頻率合成器中輸出頻率的穩(wěn)定度主要取決于參考頻率的穩(wěn)定度。目錄目錄5. 頻譜純度頻譜純度 指輸出信號(hào)接近正弦波的程度。用有用信號(hào)電平與指輸出信號(hào)接近正弦波的程度。用有用信號(hào)電平與各寄生頻率分量總電平之比的分貝值表示。各寄生頻率分量總電平之比的分貝值表示。多數(shù)來源于混頻器。對(duì)稱多數(shù)來源于混頻器。對(duì)稱分布于有用信號(hào)兩側(cè)分布于有用信號(hào)兩側(cè)由放大器的非線由放大器的非線性特性產(chǎn)生性特性產(chǎn)生PLL中主要來自中主要來自VCO；DDS中來自內(nèi)部器

7、件的中來自內(nèi)部器件的非相干噪聲。非相干噪聲。目錄目錄2.1 鎖相環(huán)路基本組成鎖相環(huán)路基本組成2.2 鎖相環(huán)路的基本工作原理鎖相環(huán)路的基本工作原理2.3 鎖相環(huán)路的捕捉與跟蹤鎖相環(huán)路的捕捉與跟蹤2.4 鑒相器（鑒相器（PD） 2.5 壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO）2.6 環(huán)路濾波器（環(huán)路濾波器（LF）2.7 PLL特性和應(yīng)用特性和應(yīng)用目錄目錄2.1 鎖相環(huán)路基本組成鎖相環(huán)路基本組成鑒相器（鑒相器（PD）：）：用以比較用以比較ui、 uo相位，輸出反映相相位，輸出反映相位誤差的電壓位誤差的電壓uD(t)環(huán)路濾波器（環(huán)路濾波器（LF）：）： 用以濾除誤差信號(hào)中的高頻分量和用以濾除誤差信號(hào)中的高頻分

8、量和噪聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。噪聲，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO）：）： 在在uC(t)控制下輸出相應(yīng)頻率控制下輸出相應(yīng)頻率 fo o目錄目錄2.2 鎖相環(huán)路的基本工作原理鎖相環(huán)路的基本工作原理若若w wi w wo，則則ui(t)和和uo(t)之間產(chǎn)生相位變化之間產(chǎn)生相位變化 uD(t) 與瞬與瞬時(shí)誤差相位成正比時(shí)誤差相位成正比uc(t)濾除了高頻分量和噪聲濾除了高頻分量和噪聲 w wo ，去接近去接近w wi 最終使最終使 w wi = w wo，相位誤差為常數(shù)，環(huán)路鎖定，這時(shí)，相位誤差為常數(shù)，環(huán)路鎖定，這時(shí)的相位誤差稱為的相位誤差稱為剩余相位誤差剩余相位誤差或或穩(wěn)態(tài)相位誤差

9、穩(wěn)態(tài)相位誤差。目錄目錄2.3 鎖相環(huán)路的捕捉與跟蹤鎖相環(huán)路的捕捉與跟蹤捕捉過程捕捉過程：由失鎖進(jìn)入鎖定的過程（失鎖由失鎖進(jìn)入鎖定的過程（失鎖 鎖定）鎖定） 環(huán)路環(huán)路捕捉帶捕捉帶：能夠由失鎖進(jìn)入鎖定的最大輸入固有頻差，能夠由失鎖進(jìn)入鎖定的最大輸入固有頻差，常用常用wwp表示表示跟蹤過程跟蹤過程：若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻若環(huán)路初始狀態(tài)是鎖定的，因某種原因使頻率發(fā)生變化，環(huán)路通過自身的調(diào)節(jié)來維持鎖率發(fā)生變化，環(huán)路通過自身的調(diào)節(jié)來維持鎖定的過程。由失鎖進(jìn)入鎖定的過程（鎖定定的過程。由失鎖進(jìn)入鎖定的過程（鎖定 維持鎖定維持鎖定)跟蹤帶跟蹤帶（同步帶）（同步帶）：能夠保持跟蹤的輸入信號(hào)頻率與

10、壓能夠保持跟蹤的輸入信號(hào)頻率與壓控振蕩器頻率最大頻差范圍，常用控振蕩器頻率最大頻差范圍，常用 wwH表示表示目錄目錄當(dāng)當(dāng) w wi 從低頻至從低頻至高頻緩慢變化時(shí)高頻緩慢變化時(shí)未加控制電壓未加控制電壓(即即uD(t) = 0)時(shí)的時(shí)的VCO振蕩頻率振蕩頻率uD(t)Ow wo0o0w waw wi失鎖失鎖鎖鎖定定w wb失鎖失鎖當(dāng)當(dāng) w wi 從高頻至從高頻至低頻緩慢變化時(shí)低頻緩慢變化時(shí)w wc鎖鎖定定w wd捕捉帶捕捉帶同步帶同步帶 w wP w wH通常捕捉帶小于通常捕捉帶小于同步帶同步帶捕捉帶與同步帶捕捉帶與同步帶目錄目錄v在鎖定（同步）狀態(tài)下，始終有在鎖定（同步）狀態(tài)下，始終有o =

11、i。這時(shí)。這時(shí)如果用示波器觀察如果用示波器觀察 ui與與uo，兩個(gè)波形都是清晰，兩個(gè)波形都是清晰穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。uiuo目錄目錄)()()(tttoie )()(sin)(tAtAtuededD 2.4 鑒相器（鑒相器（PD）模擬鑒相器模擬鑒相器（乘積型鑒相器和疊加型鑒相器）（乘積型鑒相器和疊加型鑒相器）鑒相靈敏度，單位為鑒相靈敏度，單位為V/rad目錄目錄CD4046為例來說明其原理為例來說明其原理 為數(shù)字為數(shù)字PLL。內(nèi)有兩個(gè)。內(nèi)有兩個(gè)PD、VCO、緩沖放大器、輸、緩沖放大器、輸入信號(hào)放大與整形電路、內(nèi)部穩(wěn)壓器等。入信號(hào)放大與整形電路、內(nèi)部穩(wěn)壓器等。 具有電源電壓范圍寬（具有電源電壓范圍寬

12、（515V）、功耗低、輸入阻抗）、功耗低、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。工作頻率01MHz 內(nèi)部內(nèi)部VCO產(chǎn)生產(chǎn)生50%占空比的方波。輸出電平可與占空比的方波。輸出電平可與TTL電平或電平或CMOS電平兼容。電平兼容。 具有相位鎖定狀態(tài)指示具有相位鎖定狀態(tài)指示數(shù)字鑒相器數(shù)字鑒相器目錄目錄CD4046內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外引腳排列內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外引腳排列目錄目錄信號(hào)輸入端：允許輸入信號(hào)輸入端：允許輸入0.1V左右的小左右的小信號(hào)或方波，經(jīng)信號(hào)或方波，經(jīng)A1放大和整形，提放大和整形，提供滿足供滿足PD要求的方波。要求的方波。 PD由由異或門異或門構(gòu)成，具有三角構(gòu)成，具有三角形鑒相特性。它要求兩個(gè)輸入形鑒相

13、特性。它要求兩個(gè)輸入信號(hào)均為信號(hào)均為50%占空比的方波。占空比的方波。確定低通型比例積分確定低通型比例積分濾波器的截止頻率濾波器的截止頻率確定確定VCO頻率范圍。頻率范圍。R1控制最高頻率，控制最高頻率，R2控制最低頻率?？刂谱畹皖l率。 R2=時(shí)，頻率為零。無輸時(shí)，頻率為零。無輸入信號(hào)時(shí)，入信號(hào)時(shí)， PD將將VCO調(diào)整到最低頻率。調(diào)整到最低頻率。目錄目錄異或門鑒相器（異或門鑒相器（PD）refoutPDout PD的直流輸出與相位差的直流輸出與相位差 e成正比成正比 PD的輸出與輸入信號(hào)的的輸出與輸入信號(hào)的占空比有關(guān)占空比有關(guān)peVp/2經(jīng)積分器之后的平均輸出經(jīng)積分器之后的平均輸出目錄目錄PD

14、為帶為帶充電泵充電泵的鑒頻鑒相器，的鑒頻鑒相器，輸入信號(hào)只在輸入信號(hào)只在上升沿上升沿起作用，故起作用，故該該P(yáng)D能處理非常窄的脈沖。能處理非常窄的脈沖。邊沿觸發(fā)鑒相器（邊沿觸發(fā)鑒相器（PD）目錄目錄充電泵充電泵PLLv充電泵的作用就是將數(shù)字比相器輸出的邏輯組態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟３潆姳玫淖饔镁褪菍?shù)字比相器輸出的邏輯組態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，從而對(duì)積分電路進(jìn)行充放電，獲得擬量，從而對(duì)積分電路進(jìn)行充放電，獲得VCO控制電壓控制電壓frfp時(shí)，時(shí)，Pch導(dǎo)通，導(dǎo)通，PDout為高電平為高電平（LF充電，且持續(xù)高電平）充電，且持續(xù)高電平）frfp時(shí)，時(shí)，Nch導(dǎo)通，導(dǎo)通，PDout為低電平為低電平（LF放電，且持續(xù)低電

15、平）放電，且持續(xù)低電平）fr=fp時(shí)：時(shí)：ur相位超前相位超前up ， PDout為高電平為高電平（LF充電）充電） ur相位滯后相位滯后up ， PDout為低電平為低電平（LF放電）放電） ur相位相同相位相同up ， PDout為高阻為高阻（環(huán)路與恒流源分離，保持沖點(diǎn)電壓）（環(huán)路與恒流源分離，保持沖點(diǎn)電壓）目錄目錄PD稱為鑒頻鑒相器，因?yàn)椋悍Q為鑒頻鑒相器，因?yàn)椋簅uD(t)鑒相區(qū)鑒相區(qū)鑒頻區(qū)鑒頻區(qū)鑒頻區(qū)鑒頻區(qū)Udm Udmfr fpfr = fp輸出與輸出與uD(t)無關(guān)無關(guān)鑒相鑒相特性特性 e(t)2p p2p p 可見兩個(gè)可見兩個(gè)PD原理不一樣。通常輸入信噪比以及固有原理不一樣。通常

16、輸入信噪比以及固有頻差較小時(shí)采用頻差較小時(shí)采用PD ，而，而輸入信噪比較高或固有頻差較輸入信噪比較高或固有頻差較大時(shí)，采用大時(shí)，采用PD (鑒頻器門限較高鑒頻器門限較高 )當(dāng)環(huán)路存在頻差時(shí)，當(dāng)環(huán)路存在頻差時(shí)，VCO控控制電壓迅速地向最大或最小制電壓迅速地向最大或最小值跳變，從而控制值跳變，從而控制VCO的頻的頻率迅速地向最小頻差方向變率迅速地向最小頻差方向變化。故電路起到了化。故電路起到了鑒頻鑒頻的作的作用。這樣可使：用。這樣可使： PLL有較快的鎖定時(shí)間有較快的鎖定時(shí)間 避免被鎖定于諧波之上避免被鎖定于諧波之上 目錄目錄2.5 壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCO）電壓電壓頻率轉(zhuǎn)換器件頻率轉(zhuǎn)換器件

17、類類型型分立器件分立器件：變?nèi)荻O管三點(diǎn)式變?nèi)荻O管三點(diǎn)式LC振蕩器、振蕩器、VCXO集成電路：集成電路：NE566/NE8038/XR-2206/MC5658/MC1648PLL中自帶：中自帶： NE565/NE562/NE564/CD4046VCO的控制特性)()(0tuAtCooowwAo為控制靈敏度或稱增益系數(shù)，為控制靈敏度或稱增益系數(shù)，單位是單位是rad/sV目錄目錄TK2107TK7108目錄目錄KENWOOD TK2107 VCO電路電路目錄目錄KENWOOD TK7108 VCO電路電路目錄目錄由由MC1648構(gòu)成的構(gòu)成的VCO：信號(hào)鎖定信號(hào)鎖定+FM目錄目錄設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)VCO時(shí)應(yīng)

18、考慮的參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮的參數(shù)v頻率偏移量：頻率偏移量：有足夠的頻率偏移量，至少與有足夠的頻率偏移量，至少與PLL的調(diào)控范圍相等的調(diào)控范圍相等v頻率穩(wěn)定性：頻率穩(wěn)定性：應(yīng)有較好的短程穩(wěn)定性，以減小相位噪聲，可采用高應(yīng)有較好的短程穩(wěn)定性，以減小相位噪聲，可采用高Q值的諧振回路；若不考慮頻率偏移量，可采用值的諧振回路；若不考慮頻率偏移量，可采用VCXOv壓控靈敏度：壓控靈敏度：壓控靈敏度應(yīng)足夠高壓控靈敏度應(yīng)足夠高v反應(yīng)速度：反應(yīng)速度：反應(yīng)速度要快反應(yīng)速度要快v頻率頻率電壓特性：電壓特性：必須為線性關(guān)系必須為線性關(guān)系v信號(hào)頻譜純度：信號(hào)頻譜純度：應(yīng)為正弦波應(yīng)為正弦波v采用屏蔽措施采用屏蔽措施目錄目錄v過濾

19、誤差信號(hào)中的高頻分量過濾誤差信號(hào)中的高頻分量v抑制噪聲的干擾抑制噪聲的干擾v影響環(huán)路的穩(wěn)定性以及鎖定頻率的快慢與范圍影響環(huán)路的穩(wěn)定性以及鎖定頻率的快慢與范圍w wLF越大切換速度越快，在環(huán)路頻帶內(nèi)，相位噪聲變??；越大切換速度越快，在環(huán)路頻帶內(nèi)，相位噪聲變??；w wLF太低，則不能跟蹤太低，則不能跟蹤VCO的漂移，環(huán)路就不穩(wěn)定；若減小的漂移，環(huán)路就不穩(wěn)定；若減小w wLF，則基準(zhǔn)信號(hào)泄漏就少則基準(zhǔn)信號(hào)泄漏就少環(huán)路衰減系數(shù)環(huán)路衰減系數(shù) 太小，環(huán)路有可能會(huì)振蕩太小，環(huán)路有可能會(huì)振蕩2.6 環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器作用：作用：RC低通網(wǎng)絡(luò)低通網(wǎng)絡(luò)目錄目錄(a) RC積分濾波器(b) 比例積分濾波器(c)

20、有源比例積分濾波器三種常用的環(huán)路濾波器三種常用的環(huán)路濾波器相位滯后網(wǎng)相位滯后網(wǎng)絡(luò)，少用絡(luò)，少用 ,2211CRCR21LF2121;)(11)(Fwsss相位滯后相位滯后超前網(wǎng)絡(luò)，超前網(wǎng)絡(luò)，與充電泵電路配合使與充電泵電路配合使用，常用用，常用 1LF122A1;)A1 (1)1 (A)(Fwssss相位滯后相位滯后超前網(wǎng)絡(luò)，有放超前網(wǎng)絡(luò)，有放大作用，但會(huì)引入噪聲大作用，但會(huì)引入噪聲（應(yīng)選（應(yīng)選擇低噪聲運(yùn)放）擇低噪聲運(yùn)放），適合于高控制，適合于高控制電壓的寬帶電壓的寬帶VCO，常用，常用A目錄目錄當(dāng)鑒相器為雙端輸出當(dāng)鑒相器為雙端輸出 R、 v時(shí)，采時(shí)，采用差動(dòng)輸入的有源比例積分濾波器用差動(dòng)輸入的

21、有源比例積分濾波器目錄目錄v為了抑制更多的高頻分量，可采用較高階次的濾波網(wǎng)絡(luò)為了抑制更多的高頻分量，可采用較高階次的濾波網(wǎng)絡(luò)v采用高質(zhì)量的電容，減小基準(zhǔn)信號(hào)的泄漏采用高質(zhì)量的電容，減小基準(zhǔn)信號(hào)的泄漏v為了減小噪聲，應(yīng)采用低噪聲運(yùn)放為了減小噪聲，應(yīng)采用低噪聲運(yùn)放v低通截止頻率決定于參考頻率的高低，通常取在低通截止頻率決定于參考頻率的高低，通常取在120kHz，不能太低，否則鎖定時(shí)間會(huì)變長！，不能太低，否則鎖定時(shí)間會(huì)變長！v加強(qiáng)電源濾波加強(qiáng)電源濾波v適當(dāng)采用適當(dāng)采用0歐姆電阻，抑制噪聲歐姆電阻，抑制噪聲v可采取輔助捕獲措施，如變帶寬，擴(kuò)大捕獲帶可采取輔助捕獲措施，如變帶寬，擴(kuò)大捕獲帶設(shè)計(jì)環(huán)路濾波器

22、應(yīng)注意的問題設(shè)計(jì)環(huán)路濾波器應(yīng)注意的問題目錄目錄Fujitsu PLL Loop Filter Calculationsv請(qǐng)參考：請(qǐng)參考：Super PLL Application Guide目錄目錄 為了為了加速鎖定加速鎖定，采用非線性濾波，實(shí)現(xiàn)變帶寬。，采用非線性濾波，實(shí)現(xiàn)變帶寬。失鎖時(shí)，失鎖時(shí)，D1和和D2分別導(dǎo)通，分別導(dǎo)通，R1被短路，帶寬被短路，帶寬加大，捕獲帶等于同步帶。鎖定時(shí)加大，捕獲帶等于同步帶。鎖定時(shí)D1、D2截截止，環(huán)路帶寬恢復(fù)到原來的值。止，環(huán)路帶寬恢復(fù)到原來的值。濾波濾波獨(dú)石電容，性能穩(wěn)獨(dú)石電容，性能穩(wěn)定，高頻性能好，定，高頻性能好，濾波濾波21 w w 1LF目錄目錄K

23、ENWOOD TK7108 充電泵及環(huán)路濾波器電路充電泵及環(huán)路濾波器電路頻率間隔可達(dá)5kHz目錄目錄KENWOOD TK2107 環(huán)路濾波器電路環(huán)路濾波器電路目錄目錄v環(huán)路濾波器也可以用廠家免費(fèi)提供的軟件環(huán)路濾波器也可以用廠家免費(fèi)提供的軟件工具進(jìn)行簡單設(shè)計(jì)，如：工具進(jìn)行簡單設(shè)計(jì)，如：EASY PLL： http:/ 環(huán)路鎖定時(shí)，環(huán)路鎖定時(shí)，VCO輸出頻率能在一輸出頻率能在一定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率的變化定范圍內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)頻率的變化 可以實(shí)現(xiàn)高頻窄帶帶通濾波可以實(shí)現(xiàn)高頻窄帶帶通濾波2.7 PLL的基本特性和應(yīng)用的基本特性和應(yīng)用v特性特性環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器的兩個(gè)輸入信號(hào)頻率相等環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器

24、的兩個(gè)輸入信號(hào)頻率相等頻率跟蹤特性頻率跟蹤特性窄帶濾波特性窄帶濾波特性vPLL的應(yīng)用的應(yīng)用跟蹤濾波器、鎖相接收機(jī)跟蹤濾波器、鎖相接收機(jī)（當(dāng)接收信號(hào)頻率漂移較嚴(yán)重時(shí)）（當(dāng)接收信號(hào)頻率漂移較嚴(yán)重時(shí)）調(diào)制器與解調(diào)器調(diào)制器與解調(diào)器載波同步載波同步頻率合成頻率合成目錄目錄3.1 簡單鎖相頻率合成器簡單鎖相頻率合成器3.2 吞脈沖鎖相頻率合成器吞脈沖鎖相頻率合成器3.3 MB1504應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 3.4 如何調(diào)試如何調(diào)試PLL頻率合成器頻率合成器3.5 RF Layout for Good Results3.6 Measurement Hints 目錄目錄3.1 簡單鎖相頻率合成器簡單鎖相頻率合成器晶

25、體振蕩器晶體振蕩器參考分頻器參考分頻器RPDLFVCO分頻器分頻器 Nfsfs/Rfrfofo/N環(huán)路鎖定時(shí)環(huán)路鎖定時(shí) fr = fs / R = fo / N故得故得 fo = N fs/ R = N fr改變改變N可得不同輸出頻率。可得不同輸出頻率。頻率分辨率為頻率分辨率為fr目錄目錄CD4046組成的頻率合成器實(shí)例組成的頻率合成器實(shí)例參考分頻器由參考分頻器由12級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。取分頻比取分頻比 R = 28 = 256，則得，則得頻率間隔為：頻率間隔為： fr = 1024k/256 = 4kHzN分頻器采用可編程分頻器分頻器采用可編程分頻器CC40103構(gòu)成。圖

26、中構(gòu)成。圖中N=29目錄目錄CD4046組成的頻率合成器實(shí)例組成的頻率合成器實(shí)例目錄目錄單環(huán)鎖相頻率合成器存在的問題單環(huán)鎖相頻率合成器存在的問題1. 頻率間隔不能很小頻率間隔不能很小 fr 小時(shí)，環(huán)路濾波器的帶寬也要小（帶寬需小于小時(shí)，環(huán)路濾波器的帶寬也要?。◣捫栊∮趂r ，以，以濾除濾除PD輸出信號(hào)中的參考頻率及其諧波分量），這使頻率輸出信號(hào)中的參考頻率及其諧波分量），這使頻率轉(zhuǎn)換時(shí)的環(huán)路捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間加長，即減小頻率間隔與轉(zhuǎn)換時(shí)的環(huán)路捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間加長，即減小頻率間隔與減小頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是矛盾的。減小頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是矛盾的。 另外，另外， fr 小不利于抑制由小不利于抑制由VCO引入

27、的噪聲。引入的噪聲。2. 鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，環(huán)路增益下降為原來鎖相環(huán)路內(nèi)接入分頻器后，環(huán)路增益下降為原來1/N。對(duì)。對(duì) 于輸出頻率高、頻率覆蓋范圍寬的合成器，當(dāng)要求頻率于輸出頻率高、頻率覆蓋范圍寬的合成器，當(dāng)要求頻率 間隔很小時(shí)，間隔很小時(shí)，N的變化范圍將很大，這將使環(huán)路增益的變化范圍將很大，這將使環(huán)路增益 也大幅度變化，從而影響環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能。也大幅度變化，從而影響環(huán)路的動(dòng)態(tài)性能。3. 輸出頻率受到可編程分頻器輸出頻率受到可編程分頻器（頻率在幾十（頻率在幾十MHz）的限制，比）的限制，比較低。較低。目錄目錄2. 減小頻率間隔而不降低減小頻率間隔而不降低 fr 改進(jìn)思路改進(jìn)思路3. 由于

28、固定分頻器速度遠(yuǎn)比程序分頻器的高，故采用由固由于固定分頻器速度遠(yuǎn)比程序分頻器的高，故采用由固 定分頻器與程序分頻器組成的吞脈沖可變分頻器，可既定分頻器與程序分頻器組成的吞脈沖可變分頻器，可既獲得小的頻率間隔，又顯著提高輸出頻率。獲得小的頻率間隔，又顯著提高輸出頻率。采用多環(huán)式鎖相頻率合成器采用多環(huán)式鎖相頻率合成器構(gòu)成吞脈沖鎖相頻率合成器構(gòu)成吞脈沖鎖相頻率合成器1. 采用高速前置分頻器，采用高速前置分頻器，如如MC12022/MC12032/uPB571等等目錄目錄規(guī)定主計(jì)數(shù)器的模規(guī)定主計(jì)數(shù)器的模N輔助計(jì)數(shù)器的模輔助計(jì)數(shù)器的模A吞脈沖吞脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 程序計(jì)程序計(jì)數(shù)器數(shù)器 3.2 吞脈沖鎖相頻

29、率合成器吞脈沖鎖相頻率合成器吞脈沖可變分頻器組成吞脈沖可變分頻器組成 兩種計(jì)數(shù)模式的固定分兩種計(jì)數(shù)模式的固定分頻器：控制電平為頻器：控制電平為H時(shí)，分時(shí)，分頻比為（頻比為（P+1）；控制電平）；控制電平為為L時(shí)，分頻比為時(shí)，分頻比為P。目錄目錄工作過程：工作過程：主計(jì)數(shù)器也繼續(xù)計(jì)數(shù)，直至計(jì)滿主計(jì)數(shù)器也繼續(xù)計(jì)數(shù)，直至計(jì)滿N個(gè)脈沖后個(gè)脈沖后，使模式控制電路輸出恢，使模式控制電路輸出恢復(fù)為高電平、雙模分頻器分頻比恢復(fù)為（復(fù)為高電平、雙模分頻器分頻比恢復(fù)為（P1），電路進(jìn)入下一個(gè)計(jì)），電路進(jìn)入下一個(gè)計(jì)數(shù)周期。數(shù)周期。吞脈沖吞脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 程序計(jì)程序計(jì)數(shù)器數(shù)器 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)開始時(shí)，設(shè)模開始時(shí)，設(shè)模式控制

30、電路輸出為高電式控制電路輸出為高電平平1，則雙模分頻器和，則雙模分頻器和主、輔計(jì)數(shù)器在輸入脈主、輔計(jì)數(shù)器在輸入脈沖作用下同時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)沖作用下同時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)輔助計(jì)數(shù)器計(jì)滿輔助計(jì)數(shù)器計(jì)滿A個(gè)脈個(gè)脈沖時(shí)沖時(shí)，使模式控制電路，使模式控制電路輸出低電平輸出低電平0，使輔助，使輔助計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，同時(shí)使雙模分頻器分頻比變使雙模分頻器分頻比變?yōu)闉镻，繼續(xù)工作，繼續(xù)工作，目錄目錄分頻器比：分頻器比：吞脈沖吞脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 程序計(jì)程序計(jì)數(shù)器數(shù)器 在一個(gè)計(jì)數(shù)周期在一個(gè)計(jì)數(shù)周期內(nèi)，總脈沖計(jì)數(shù)量為內(nèi)，總脈沖計(jì)數(shù)量為n = (P+1)A + P (N-A) = PN+A吞脈沖可變分頻器的分頻比為吞脈

31、沖可變分頻器的分頻比為 ： f0/ f0 =1/(PN+A) N、A均為整數(shù)均為整數(shù)0、1、2且且NA目錄目錄f0 = (PN+A) fr 吞脈沖可變分頻器吞脈沖可變分頻器吞脈沖鎖相頻率合成器組成框圖：吞脈沖鎖相頻率合成器組成框圖：目錄目錄v最高工作頻率最高工作頻率520MHzv片內(nèi)集成預(yù)置分頻器片內(nèi)集成預(yù)置分頻器v輸入信號(hào)的幅度不低于輸入信號(hào)的幅度不低于200mVP-P，典型值為，典型值為400mVP-Pv工作電壓為工作電壓為2.75.5Vv串行輸入的串行輸入的18位可編程分頻器位可編程分頻器一個(gè)一個(gè)7位吞脈沖計(jì)數(shù)器（位吞脈沖計(jì)數(shù)器（A）一個(gè)一個(gè)11位可編程計(jì)數(shù)器（位可編程計(jì)數(shù)器（N）v串行

32、輸入的串行輸入的15位可編程參考分頻器位可編程參考分頻器一個(gè)一個(gè)14位可編程參考計(jì)數(shù)器（位可編程參考計(jì)數(shù)器（R）一位預(yù)置分頻比選擇器（一位預(yù)置分頻比選擇器（P）v兩種相位檢測輸出兩種相位檢測輸出片上雙極性充電泵片上雙極性充電泵外加充電泵輸出外加充電泵輸出 3.3吞脈沖鎖相頻率合成器應(yīng)用舉例（吞脈沖鎖相頻率合成器應(yīng)用舉例（MB1504）目錄目錄15位可編程位可編程參考分頻器參考分頻器高電平或開路時(shí)高電平或開路時(shí)數(shù)據(jù)鎖存允許數(shù)據(jù)鎖存允許預(yù)分頻器分頻值預(yù)分頻器分頻值1：32；0：64目錄目錄18位吞脈沖可位吞脈沖可編程分頻器編程分頻器上升沿有效上升沿有效目錄目錄充電泵電充電泵電源輸入源輸入充電泵輸出

33、充電泵輸出PD輸出輸出鎖定：高阻鎖定：高阻失鎖：低電平失鎖：低電平預(yù)分頻預(yù)分頻(VCO)信號(hào)輸入信號(hào)輸入外部充電泵輸出外部充電泵輸出可編程分頻器輸出，可編程分頻器輸出，PD輸入監(jiān)視端輸入監(jiān)視端可編程參考分頻器輸可編程參考分頻器輸出，出， PD輸入監(jiān)視端輸入監(jiān)視端數(shù)據(jù)鎖存允許數(shù)據(jù)鎖存允許串行數(shù)據(jù)輸入串行數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘輸入，上時(shí)鐘輸入，上升沿有效升沿有效控制特性反相端，控制特性反相端，0時(shí)充電泵和時(shí)充電泵和PD輸輸出特性反相出特性反相管腳定義管腳定義 目錄目錄串行數(shù)據(jù)輸入串行數(shù)據(jù)輸入v使用使用Data/Clock/LE端端vClock上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)vLE為數(shù)據(jù)鎖存使能，高電平或開路為有效為數(shù)據(jù)

34、鎖存使能，高電平或開路為有效目錄目錄PROGRAMMABLE REFERENCE DIVIDERThe programmable reference divider consists of a 16-bit shift register, 15-bit latch and 14-bit reference counter. Serial 16-bit data format is shown below.1：預(yù)分頻比：預(yù)分頻比320：預(yù)分頻比：預(yù)分頻比64控制位，控制位，H目錄目錄PROGRAMMABLE DIVIDER a 19-bit shift register, 18-bit latc

35、h, 7-bit swallow counter and 11-bit programmable counter.控制位，控制位，LAN目錄目錄鑒相特性鑒相特性vFC引腳具有比較器反相特性，其電平?jīng)Q定內(nèi)部充電泵輸出引腳具有比較器反相特性，其電平?jīng)Q定內(nèi)部充電泵輸出特性特性Do和相位檢測器的輸出（和相位檢測器的輸出（ R、 P）特性）特性 。vFC的狀態(tài)應(yīng)依的狀態(tài)應(yīng)依VCO特性設(shè)置特性設(shè)置 VCO特性如特性如時(shí)，時(shí)，F(xiàn)C置高電平或懸空；置高電平或懸空；VCO特性如特性如時(shí)，時(shí)，F(xiàn)C置低電平置低電平目錄目錄MB1504應(yīng)用電路應(yīng)用電路1（C150對(duì)講機(jī)采用）對(duì)講機(jī)采用）目錄目錄MB1504應(yīng)用電路應(yīng)

36、用電路2（HX260V對(duì)講機(jī)采用）對(duì)講機(jī)采用）目錄目錄MB1504應(yīng)用電路應(yīng)用電路3 快速校正電路，可快速校正電路，可對(duì)對(duì)R8和和R3作適當(dāng)?shù)淖鬟m當(dāng)?shù)恼{(diào)整。若斷開，會(huì)調(diào)整。若斷開，會(huì)影響電路的穩(wěn)定性影響電路的穩(wěn)定性目錄目錄頻率的計(jì)算頻率的計(jì)算 vR為參考分頻器分頻比；為參考分頻器分頻比；vA為吞脈沖計(jì)數(shù)器值，為吞脈沖計(jì)數(shù)器值，N為程序計(jì)數(shù)器值，且為程序計(jì)數(shù)器值，且NA； vP為預(yù)分頻比為預(yù)分頻比rofAPNf)( Rffoscr 對(duì)對(duì)MB1504：例：例：采用采用12MHz晶振作為標(biāo)準(zhǔn)頻率晶振作為標(biāo)準(zhǔn)頻率 R的范圍為的范圍為816383，取，取R=1200，fr=10kHz; P=64，N=1

37、24，A=080MHz80000kHz10kHz012564fo )(目錄目錄Programming Example:vFM Broadcast Receiver Local Oscillator Design CriteriaFrequency Range: 87.9 MHz to 107.9 MHzChannel Spacing: 200 kHzIF: 10.7 MHzReference Oscillator: 40 MHzHigh Side Injection請(qǐng)參考：請(qǐng)參考：Super PLL Application Guide目錄目錄3.4 如何調(diào)試如何調(diào)試PLL頻率合成器頻率合成器

38、v參考分頻器是否可靠工作；參考分頻器是否可靠工作；參考振蕩器工作是否正常，頻率和幅度是否正常參考振蕩器工作是否正常，頻率和幅度是否正常（可采用（可采用TCXO，頻率穩(wěn)，頻率穩(wěn)定度高，相位噪聲低）定度高，相位噪聲低）參考分頻器輸出信號(hào)是否正確參考分頻器輸出信號(hào)是否正確（fr腳信號(hào)頻率是否與設(shè)計(jì)一致）腳信號(hào)頻率是否與設(shè)計(jì)一致）vVCO工作是否正確工作是否正確 壓控特性曲線與壓控特性曲線與PD的極性設(shè)定是否相符？的極性設(shè)定是否相符？（重新設(shè)置重新設(shè)置FC ）VCO是否位于正確的頻率上是否位于正確的頻率上（應(yīng)使（應(yīng)使VCO在期望的工作頻率上起振）在期望的工作頻率上起振）變?nèi)荻O管的控制偏壓不宜近于變?nèi)?/p>

39、二極管的控制偏壓不宜近于0v分頻器工作是否正確分頻器工作是否正確 VCO輸出的幅度是否足以驅(qū)動(dòng)分頻器？（輸出的幅度是否足以驅(qū)動(dòng)分頻器？（45.5v供電：供電：-46dBm)是否采用了正確的數(shù)值對(duì)分頻器進(jìn)行編程？是否采用了正確的數(shù)值對(duì)分頻器進(jìn)行編程？（可輸入確定頻率的高頻信號(hào)（可輸入確定頻率的高頻信號(hào)到前置分頻器）到前置分頻器）v環(huán)路濾波器工作是否正確環(huán)路濾波器工作是否正確帶寬是否合適，是否存在漏電、有無串音帶寬是否合適，是否存在漏電、有無串音（電路板設(shè)計(jì)不良引起）（電路板設(shè)計(jì)不良引起）vPD和充電泵工作是否正確和充電泵工作是否正確充電泵電流是否合適充電泵電流是否合適（不能太低）（不能太低）目錄目錄3.5 RF Layout for Good ResultsvRF signal traces should be kept short, and where possible, terminated with 50vCareful decoupling of the power supplies is also important. Both largevalue