基于锁相技术的高精度频率源

《基于锁相技术的高精度频率源》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于锁相技术的高精度频率源张宏1堵会晓2摘要：锁相环简称PLL，锁相环电路在现代通信电路中得到了广泛的应用，由它可以设计成高精度频率源。关键词：锁相环组成原理频率源引言频率源在电子技术中的地位十分重要，主要为测试电路时提供一个或多个测试信号，某些场合对电源频率要求高的，利用锁相环技术可以实现高精度频率源。一、锁相环路的基本组成1.1、锁相环路的组成锁相环简称PLL，是英语PhaseLockLoop的缩写。所谓锁相，就是实现相位同步的自动控制。完成两个信号相位同步自动控制的环路称为锁相环，锁相环路框图如图1所示。它

2、由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成，环路滤波器是低通滤波器。图中ui(t)是角频率为ωi的锁相环路输入电压，一般由石英晶体振荡电路产生，具有较高的频率稳定性。u0(t)是锁相环路（即压控振荡电路）的输出电压，角频率为ω0，uD(t)是鉴相器的输出电压，uC(t)是环路滤波器的输出电压。u0(t)图1锁相环路组成框图ui(t)鉴相器环路滤波器压控振荡器uC(t)uD(t)u0(t)1.2锁相环路各单元部分的功能1、鉴相器功能鉴相器的两个输入信号ui(t)和u0(t)，初始相位为零时他们分别等于和。鉴相器可由乘法器

3、组成，这时鉴相器输出信号uD(t)正比于这两个输入信号的乘积，即（1）式中Kd是乘法器电路引入的比例系数。鉴相器的基本功能是：其输出电压uC(t)正比于两个输入信号的相位差。对于乘法器组成的鉴相器，这一比例关系是近似的，而且已经考虑了低通滤波器的作用。对于理想的鉴相器，上述近似关系将成为精确的正比关系。2、环路滤波器的作用从前面的分析已经指出，环路滤波器是低通滤波器，它在锁相环路中的作用是滤除电压uD(t)中的高频成分，改善控制电压的频谱纯度，提高系统的稳定性。1-3、压控振荡器功能压控振荡器是输出信号频率受输入

4、电压控制的振荡器，理想压控振荡器的输出频率与输入电压有线性关系(2)可见输出相位受压控振荡器输入电压控制，且正比于控制电压的对时间的积分，。1.3锁相环路的工作原理1、锁相环路的基本方程综合上述单元电路功能的分析，可以用图2来表示锁相环路的相位传输关系。从相位传输的角度看，鉴相器是相位加减法，输入相位φi(t)和输出相位φ0(t)作用于鉴相器后输出相位差φe(t)=φi(t)－φ0(t)，并形成与相位差成正比的输出电压，经滤波器滤除高频成分后即为控制压控振荡器的电压uC(t)。控制电压uC(t)使压控振荡器的输出

5、频率发生变化，决定输出相位φ0(t)，于是形成了闭环。图2锁相环的相位传输关系φ0(t)环路滤波器压控振荡器φi(t)φ0(t)uC(t)φe(t)+－鉴相器图2所示的相位关系，可以用下面的方程式来表示：（3）两边对求导，可得（4）可以看出左边即为瞬时角频率差（简称瞬时频差），右边第一项为输入固有角频率差（简称输入固有频差），右边第二项是控制角频率差（简称控制频差）。一般情况下可将式（4）表示为瞬时频差=输入固有频差－控制频差（5）这一方程是锁相环路的基本方程。二锁相环典型的应用利用锁相环可以实现高精度的频率信号

6、源，CD4046是一种低频低功耗的通用锁相环芯片，CD4046组成的频率合成器电路如图3所示。该频率合成器能输出频率100Hz～10kHz，步进间隔100Hz的高精度的频率信号。1、电路元件参数选择CD4046最高工作频率决定C1和R1，为保证获得0.4MHz的输出频率，取C1=50pF、R1=10kΩ1-，这时，电源电压取5V，压控振荡器最高工作频率0.4kHz，电源电压取10V时，最高工作频率可达1.2MHz，确定选用5V电源已符合要求。滤波电路参数R2=33.2kΩ、R3=3.3kΩ、C2=1μF。2、工作

7、原理石英晶体振荡电路产生稳定的1000kHz振荡，经1/1000分频后形成100Hz的振荡。由于来自石英晶体产生的振荡，因此具有很高的稳定度。图3所示的频率合成器电路中，虚线框内的是1/N可编程计数器，N的数值由单片机控制。根据锁相环的基本性质一，锁定后，从可编程计数器输出进入鉴相器比较信号输入端（3脚）的频率等于f0/N，f0为锁相环输出信号频率。N从1～99之间变化时，输出频率从100Hz～10kHz之间变化，步进间距100Hz。于是就得到了高精度的稳定频率输出。fr5V图3步进间隔100Hz的高精度频率源单

8、片机AT89C2051R1C2+5V高精度频率信号输出1/1000计数器100kHz晶体振荡器85144CD40463913616711C1R2R344PE“0”inhRA1B1C1D1P1.0P1.1P1.2P1.3Q4Q3Q2Q1CFCLPE“0”inhRA1B1C1D1P1.4P1.5P1.6P1.7Q4Q3Q2Q1CFCLP2.0CC145261571319157