fm调频发射机1系统设计

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1、第二章硬件电路设计2.1锁相环频率合成器电路设计锁相技术是相位同步的自动反馈控制技术。它能使一个自激振荡器的振荡频率和相位受基准信号的控制，使振荡信号和基准信号在频率上保持相等，而相位保持某一个固定的最小值。锁相技术由锁相环（PLL）来实现。频率合成技术是无线电技术中的一个较新的领域，它能将一个高稳定度和高精度的标准频率经过加、减、乘、除的运算产生出同样稳定度和精度的大量离散频率，目前，频率合成器和锁相环路已广泛地应用于通信、雷达、航天、航海、计算机、红外、激光、原子能、电视、立体声、自动控制、遥控遥测、遥感、精密测量仪器等技术部门。2.1.1锁相环路的组

2、成锁相环的基本原理框图如图2.1.1所示。锁相环路主要由晶振、参考分频器、压控振荡器（VCO）、鉴频/鉴相器（FD/PD）、低通滤波器（LPF）、可编程分频器组成。它是应用数字逻辑电路将VCO频率一次或多次降低至鉴相器频率上，再与参考频率在鉴相电路中进行比较，通过低通滤波器取出误差信号来控制VCO的频率，使之锁定在参考频率的稳定度上。设计采用了大规模单片集成锁相环频率合成器MC145152，将图中的参考振荡器、参考分频器、鉴相器、可编程分频器都集成在一个芯片中，不需要再单独设计。通过单片机设置或改变MC145152内部可编程分频器的分频系数A、N从而改变发

3、射频率。图2.1.1锁相环基本原理框图2.1.2数字鉴频鉴相原理及设计2.1.2压控振荡器的设计压控LC振荡器主要由压控振荡芯片MC1648、变容二极管MV209以及LC谐振回路构成。MC1648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路。为达到最佳工作性能，在工作频率要求并联谐振回路的QL≥100。电源采用＋5V的电压，一对串联变容二极管背靠背与该谐振回路相连,振荡器的输出频率随加在变容二极管上的电压大小改变而改变。图2.1.1为MC1648的内部电路图。图2.1.2为压控振荡电路图。图2.1.1压控振荡电路图图2.1.2MC1648内部电路图压控振荡电

4、路由芯片内部的Q8、Q5、、Q4、Q1、Q7和Q6，10脚和12脚外接LC谐振回路（含MV209）组成正反馈（反向720°）的正弦振荡电路。其振荡频率由式2.1计算。(2.1)其中。VCO的芯片管脚3为缓冲输出，一路供前置分频器MC12022，一路供放大电路放大后输出。该芯片的5脚是自动增益控制电路（AGC）的反馈端。将功率放大器输出的电压Vout1通过一反馈电路接到该脚，可以在输出频率不同的情况下自动调整输出电压的幅值并使其稳定在1V±0.1V。在输入信号电平变化时，AGC电路用改变增益的办法维持输出信号电平基本不变。结合MC1648的内部电路图，可以得

5、到：当输出电压高于1V时，二极管D1反偏，电压为负，使Q8的基极电压减小，集电极电压增大，这样Q7的Vbe减小，电压放大倍数减小，使得输出电压Vout1也减小，稳定在1V±0.1V。另外在输出部分增加了变压器耦合，使得输出电压进一步稳定。VCO产生的振荡频率范围和变容二极管的压容特性有关。图2.1.3为变容二极管的测试图。可利用图中(a)所示的测量电路来测变容二极管MV209的压容特性。(b)为其压容特性和压控振荡器的压控特性示意图。从图中可见变容二极管的反偏电压从Vdmin～Vdmax变化，对应的输出频率范围是fmin～fmax。在预先给定L的情况下，给

6、变容二极管加不同的电压，测得对应的谐振频率，从而可以计算出Cd的值。减小谐振回路的电感感抗，改变电容容量，不需要并联二极管即可很容易地实现频率扩展，在实验中利用该方法用单管电感，绕6圈，曾使输出达到87MHz以上。图2.1变容二极管特性测试电路图2.2Matlab计算得到的变容二极管特性曲线2.2.3低通滤波器低通滤波器由运放LM358和RC电路组成。其电路图如图2.2.4所示。低通滤波器用于滤除鉴相器输出的误差电压中的高频分量和瞬变杂散干扰信号，以获得更纯的控制电压，提高环路稳定性和改善环路跟踪性能和噪声性能。锁相稳频系统是一个相位反馈系统，其反馈目的是

7、使VCO的振荡频率由自有偏差的状态逐步过渡到准确的标准值。而VCO如做调频源用，其瞬时频率总是偏离标准值的。锁相环路只对VCO平均中心频率不稳定所引起的分量（处于低通滤波器通带之内）起作用，使其中心频率锁定在设定的频率上。因此，输出的调频波的中心频率稳定度很高。根据式2-2可计算出低通滤波器的截止频率f0，一般情况下该截止频率值小于10Hz。2.2.2前置分频器由于一般可编程分频器只能工作到几十兆赫兹，更高频率时需要在VCO与÷N分频器之间再加上一个前置分频器。前置分频器和MC145152中的÷A和÷N计数器一起构成一吞脉冲程序分频器。图2.2.3为其工作

8、示意图，其中(a)是P/P+1前置分频器方框图，(b)是吞咽脉冲计