鎖相環(huán)頻率合成器設(shè)計(jì)與Simulink仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)鎖相環(huán)頻率合成器設(shè)計(jì)與Simulink仿真作者：雷能芳來(lái)源：價(jià)值工程2011年第23期摘要：介紹了鎖相環(huán)頻率合成器的的組成及工作原理，并基于Simulink 平臺(tái)對(duì)雙環(huán)鎖相4倍頻頻率合成器進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)，仿真結(jié)果表明了設(shè)計(jì)的正確性及可行性。Abstract: The principle and the composition of Frequency Synthesizer Based on Phase-1ocked Loop is introduced, and th

2、e Simulink module of Fourth Frequency-Multiply Frequency synthesilzer with Double Phase-Lock Loops is designed. The correctness and feasibility of this design is verified by simulation result.關(guān)鍵詞：鎖相環(huán)；頻率合成器；simulinkKey words: Phase-locked loop；frequency synthesizer；simulink中圖分類號(hào)：TP914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：10

3、06-4311（2011）3-0135-020引言頻率合成是通信、測(cè)量系統(tǒng)中常用的一種技術(shù)，它是將一個(gè)或若干個(gè)高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度的參考頻率經(jīng)過(guò)各種處理技術(shù)生成具有同樣穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的大量離散頻率的技術(shù)。頻率合成器通常分為直接式頻率合成器、間接式頻率合成器、直接式數(shù)字頻率合成器（DDS）。間接式頻率合成器也稱鎖相式頻率合成器，它是利用鎖相環(huán)路的窄帶跟蹤特性，在石英晶體振蕩器提供的基準(zhǔn)頻率源作用下，產(chǎn)生出一系列離散的頻率。鎖相式頻率合成器的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)任意頻率和帶寬的頻率合成，具有極低的相位噪聲和雜散1。1鎖相環(huán)的工作原理鎖相環(huán)是一種利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的反饋控制電路。鎖相

4、環(huán)主要由鑒相器、壓控振蕩器（VCO）及環(huán)路濾波器組成2，如圖1所示。鑒相器通常由乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，鑒相器輸出的相位誤差信號(hào)e（t）經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器濾波后，作為壓控振蕩器的控制信號(hào)，而壓控振蕩器的輸出s（t）又反饋到鑒相器，在鑒相器中與輸入信號(hào)r（t）進(jìn)行相位比較。鎖相環(huán)是一個(gè)相位負(fù)反饋系統(tǒng)，當(dāng)環(huán)路鎖定后，壓控振蕩器的輸出信號(hào)相位將跟蹤輸入信號(hào)v（t）的相位變化，而相位保持一個(gè)微小誤差。2鎖相環(huán)頻率合成器的工作原理在基本鎖相環(huán)路的反饋通道中插入分頻器就可構(gòu)成鎖相環(huán)頻率合成器，如圖2所示。鎖相環(huán)頻率合成器主要由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器VCO及可變分頻器構(gòu)成3。由石英晶體振蕩器產(chǎn)生一高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻

5、率源fs，經(jīng)參考分頻器進(jìn)行R分頻后，得到參考頻率fr，即：fr=fs/R（1）參考頻率fr被送入鎖相環(huán)路中鑒相器的一個(gè)輸入端，設(shè)壓控振蕩器VCO的輸出信號(hào)頻率為fo，該信號(hào)N次分頻之后送入鑒相器的另一個(gè)輸入端。當(dāng)鎖相環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器兩個(gè)輸入端的信號(hào)頻率相等，即：fr=fo/N（2）因此，VCO的輸出信號(hào)頻率為：fo=Nfr=Nfs/R（3）改變分頻系數(shù)N，就可得到不同頻率的輸出信號(hào)，fr為頻率合成器的頻率分辨率。3單環(huán)頻率合成器的缺陷由以上分析可知，單環(huán)頻率合成器的頻率分辨率等于輸入鑒相器的參考頻率fr，頻率分辨率太低。要提高頻率分辨率，有兩種途徑：一、減小輸入?yún)⒖碱l率fr。但減小fr，環(huán)路

6、濾波器的帶寬也要壓縮，這樣，環(huán)路的捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間就要加長(zhǎng)，即頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間加大。二、在鎖相環(huán)路輸出端進(jìn)行M分頻，VCO輸出信號(hào)的頻率為：fo=Nfr /M，頻率分辨率為fr /M。只要M足夠大，就可以得到很大的頻率分辨率。但這種技術(shù)的問(wèn)題是環(huán)路工作頻率需比要求的輸出頻率高M(jìn)倍，有時(shí)是難以做到的4。故以上兩種方案都是不妥當(dāng)?shù)摹榱颂岣哳l率分辨率，常采用多環(huán)構(gòu)成的頻率合成技術(shù)。4雙環(huán)鎖相頻率合成器及simulink建模仿真4.1 雙環(huán)鎖相頻率合成器圖3為雙環(huán)鎖相頻率合成器組成框圖5。它由兩個(gè)鎖相環(huán)路組成，A環(huán)路為N倍頻，B環(huán)為窄帶跟蹤環(huán)。當(dāng)鎖相環(huán)路鎖定時(shí)，鑒相器兩個(gè)輸入端的信號(hào)頻率相

7、等，則輸出信號(hào)的頻率fo及頻率分辨率?駐f分別為：fo=fb=fa/M=Nfr/M（4）?駐f=fr/M（5）由上可知，輸入?yún)⒖碱l率fr不變，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間也不變。但A環(huán)路輸出接入固定分頻器M后，使輸出頻率間隔減小了M倍，即可以使合成器在高參考頻率下得到小的頻率間隔。4.2 雙環(huán)鎖相4倍頻頻率合成器simulink建模仿真雙環(huán)鎖相4倍頻頻率合成器模型如圖4所示。其中1kHz的正弦波信號(hào)源通過(guò)RELAY 模塊轉(zhuǎn)換為雙極性矩形脈沖。鎖相環(huán)路濾波器均設(shè)置為8階，Analog Filter Design的截止頻率設(shè)置為1kHz，Analog Filter Design1的截止頻率設(shè)置為4kHz。VCO的

8、的壓控靈敏度均設(shè)置為1Hz/V，Voltage-Controlled Oscillator的中心頻率設(shè)置為8kHz，Voltage-Controlled Oscillator1的中心頻率設(shè)置為4kHz。系統(tǒng)仿真波形見圖5所示，仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)模型實(shí)現(xiàn)了4倍頻功能。5結(jié)束語(yǔ)提出了一種基于鎖相環(huán)的頻率合成技術(shù)，詳細(xì)闡述了鎖相頻率合成器的工作原理。并基于Simulink平臺(tái)對(duì)雙環(huán)鎖相4倍頻頻率合成器進(jìn)行了模型設(shè)計(jì)及仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性及可行性。該頻率合成器在通信以及現(xiàn)代工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域都將有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1馬宇飛，李署堅(jiān).鎖相式頻率合成器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)J.電訊技術(shù)，2010，50（7）:110-114.2薛茹.一種鎖相頻率合成器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.微計(jì)算機(jī)信息，2008，24（2-2）:308-309.3