FM調(diào)頻發(fā)射機1系統(tǒng)設(shè)計

1、2.1.2 數(shù)字鑒頻鑒相第二章硬件電路設(shè)計原理及2.1鎖相環(huán)頻率合成器電路設(shè)計鎖相技術(shù)是相位同步的自動反應(yīng)控制技術(shù)。它能使一個自激振蕩器的振蕩頻率和相位受基準信號的控制，使振蕩信號和基準信號在頻率上保持相等，而相位保持某一個固左的最小值。鎖相技術(shù)由鎖相環(huán)PLL 來實現(xiàn)。頻率合成技術(shù)是無線電技術(shù)中的一個較新的領(lǐng)域，它能將一個高穩(wěn)泄度和髙精度的標準頻率經(jīng)過加、減、乘、除的運算產(chǎn)生岀同樣穩(wěn)左度和精度的大量離散頻率，目前，頻 率合成器和鎖相環(huán)路已廣泛地應(yīng)用于通信、雷達、航天、航海、計算機、紅外、激光、原子能、電視、立體聲、自動控制、遙控遙測、遙感、糟密測量儀器等技術(shù)部門。2丄1鎖相環(huán)路的組成鎖相環(huán)的根

2、本原理框圖如圖所示。鎖相環(huán)路主要由晶振、參考分頻器、壓控振蕩器VCO、鑒頻/鑒相器FD/PD、低通濾波器LPF、可編程分頻器組成。它是應(yīng)用數(shù)字邏輯電路將VCO頻率一次或?qū)掖谓档椭凌b相器頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中進行比擬，通過低通濾波器取出誤差信號來控制 了大規(guī)模單片集成鎖相環(huán)頻率合成器 可編程分頻器都集成在一個芯片 中，不需要再單獨設(shè)計。通過單片 機設(shè)置或改 變MC145152內(nèi)部可 編程分頻器的分頻系數(shù) A、N從而 改變發(fā)射頻率。丄參考分頻器JR_-rR VCO的頻率，使之鎖定在參考頻率的穩(wěn)立度上。設(shè)汁采用MC145152,將圖中的參考振蕩器、參考分頻器、鑒相器、環(huán)路濾波器可編程分頻器

3、前置分頻誥WP/P+1晶振壓控振蕩器的設(shè)計壓控LC振蕩器主要由壓控振蕩芯片 MC1648.變?nèi)荻O管MV209以及LC諧振回路構(gòu) 成。MCI648需要外接一個由電感和電容組成的并聯(lián)諧振回路。為到達最正確工作性能，在工作頻率要求并聯(lián)諧振回路的QlaIOO.電源采用+ 5V的電壓，一對串聯(lián)變?nèi)荻O管背靠背 與該諧振回路相 連，振蕩器的輸出頻率隨加在變?nèi)荻O管上的電壓大小改變而改變。圖為MCI648的內(nèi)部電路圖。圖 為壓控振蕩電路圖。路錘控振MV20蕩電路 組成由芯片fddVouVBAS 2.6圖2丄40?壓的電路翻部電路VTANKPOINTS D6圖 弦振蕩5電路。VAEK/BBTOUC1-?fo

4、utU5+5VAGCMC1648VCC2OVccl1VEE1? Q4. Qk Q?和Q6,1WZcVCO的芯片管腳3為緩沖輸岀，一路供前置分頻器 MCI2022, 路供放大電路放大后 輸出。 該芯片的5腳是自動增益控制電路AGC 的反應(yīng)端。將功率放大器輸岀的電壓Voutl通過一反饋電路接到該腳，可以在輸出頻率不同的情況下自動調(diào)整輸出電壓的幅值并使其穩(wěn)立在lV ±0.1Va在輸入信號電平變化時，AGC電路用改變增益的方法維持輸岀信號電平基本不變。結(jié)合MCI648的內(nèi)部電路圖，可以得到：當輸出電壓高于IV時，二極管Di反偏，電壓為負，使Qs的基極電壓減小，集電極電壓增大，這樣Q?的Vbe

5、減小，電壓放大倍數(shù)減 小，使得輸岀電壓 V uii也減小，穩(wěn)左在1V±0.1V。期外在輸出局部增加了變壓器耦合，使得輸岀電壓進一步穩(wěn)定。VCO產(chǎn)生的振蕩頻率范圍和變?nèi)荻O管的壓容特性有關(guān)。圖為變?nèi)荻O管的測試圖?？衫脠D中a所示的測量電路來測變?nèi)荻O MV209的壓容特性。b為貝壓容特性 和壓控振蕩 器的壓控特性示意圖。從圖中可見變?nèi)荻O管的反偏電壓從Vomin? Vomax變化，對應(yīng)的輸岀頻率范圍是fmin? fnm在預(yù)先給泄L的情況下，給變?nèi)荻O管加不同的電壓，測得對應(yīng)的諧振頻率，從而可以計算出 CD的值。減小諧振回路的電感感抗，改變電容容量，不需要并聯(lián)二極管即可很容易地實現(xiàn)頻率

6、擴展，在實驗中利用該方法用單管電感，繞6圈，曾使輸出到達87MHZ以上。掃頻輸入巫接測頻儀S3R2【I處1001C1 _1OOOpFR1420VDL13.3PC2WOOpF圖2. 1變?nèi)荻O管特性測試電路圖2.2 Matlab訃算得到的變?nèi)荻O管持性曲線彳氐通濾波器低通濾波藩由運放LM358和RC電路組成。英電路圖如圖 224所示。低通濾波器用于 濾除鑒相 器輸岀的誤差電壓中的高頻分量和瞬變雜散千擾信號，以獲得更純的控制電壓，提高環(huán)路穩(wěn)泄性和改善環(huán)路跟蹤性能和噪聲性能。鎖相穩(wěn)頻系統(tǒng)是一個相位反應(yīng)系統(tǒng)，其反應(yīng)目的是使VCO的振蕩頻率由自有偏差的狀態(tài)逐步過渡到準確的標準值。而VCO如做調(diào)頻 源用，

7、其瞬時頻率總是偏離標準值的。鎖相環(huán)路只對 VCO平均中心頻率不穩(wěn)左所引起的分 量處于低通濾波器通帶1loilk之內(nèi)起作用，使其中心頻率鎖泄在設(shè)立的頻率上。因此，輸出的前置分頻器由于一般可編程分頻器只能工作到幾十兆赫茲，更高頻率時需要在VCO與FN分頻器 之間再加上一個前置分頻器。前置分頻器和MC145152中的FA和綱 計數(shù)器一起構(gòu)成一吞 脈沖程序分頻器。圖為其工作示意圖，苴中a是P/P+1前置分頻器方框圖，b是吞咽 脈沖il? 數(shù)的示意圖。選用的是集成芯片 MCI2022,分頻比為P=63和64。MCI2022受控于 吞咽計數(shù)器的 分頻比切換信號，也就是模式選擇信號當 M為高電平時，分頻比為

8、P+1,低電平時為P. MC145152 內(nèi)的FN和"計數(shù)器均為減計數(shù)器,當減到零時，F(xiàn)A計數(shù)器 輸岀由髙變低，+N計數(shù)器減到零時輸 出一脈沖到FD/PD并同時將預(yù)置的N和A重新巻入 WA和WN計數(shù)器。利用這種方法可以方便調(diào)頻波的中心>地使總分頻比為連續(xù)數(shù)，總分頻比為D=PN+A。a P/P+l前宜分頻器方框圖b吞咽脈沖計數(shù)示意圖圖223吞咽式脈沖計數(shù)原理圖大規(guī)模集成PLL芯片MCI45152簡介。MC145152是MOTOROLA公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路，它是一塊采用并行碼輸入方式置左、由14根并行輸入數(shù)據(jù)編程的雙模 CMOS-LSI鎖相環(huán)頻率合成器。圖為其內(nèi) 部組成框圖。M

9、CI45152內(nèi)含參考頻率振蕩器、可供用戶選擇的參考分頻器12X8 ROM參考譯碼器和12bitFR 計數(shù)器、雙端輸出的鑒相器、控制邏輯、10位可編程的lObitFN計數(shù)器、6位可編程的6bit4-A計數(shù)器和鎖定檢測等局部。其中，1Obit-rN計數(shù)器、6bit4-A汁數(shù)器、模擬控制邏輯和外接雙模前 豊分頻器組成吞脈沖程序分頻器，吞脈沖程序分頻器的 總分頻比為:D=PN+° A的范圍0? 63,N的范圍0? 1023。由此可以計算出頻率和 A、AsAo Rao RaiWoN9N值的對應(yīng)關(guān)系，利用 FPGA控制器改變其值，便可到達改變輸岀頻率的目的。圖222 MCI45152內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖參考分頻器是為了得到所需的頻率間隔而設(shè)立的。頻率合成器的輸岀頻譜是不連續(xù)的，兩個相鄰頻率之間的最小間隔就是頻率間隔。在 MCI45152中，外部穩(wěn)泄參考源由 OSCm輸入，經(jīng) 12位分頻將輸入頻率寧 R,然后送入FD/PD中。R值由Rao、】、R,2上的電平 決定，只有8 個值可選,分別為& 64、128、256、512、1024、1160、2048。在設(shè)計中，可通過改變R值來改 變步