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时间:2019-07-24
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1、大动态范围锁相频率源的设计思路——兼谈全国大学生电子设计竞赛在电子本科人才培养中的作用一、概述全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的四大学科竞赛之一,目的在于推动全国普通高等学校促进信息与电子类课程体系和课程内容的改革;有助于高等学校实施素质教育,培养大学生的创新能力、协作精神和理论联系实际的学风;有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的能力;有助于吸引、鼓励广大青年教师踊跃参加学生课外科技活动,为青年优秀教师的脱颖而出创造条件。2005年9月23日,本人参加全国电子学会第11届学术年会。在院长论坛上,教育部高教司领导和许多院士专家在都谈
2、到全国大学生电子设计竞赛在培养电子信息类人才中所起的作用,认为:(1)对高校电子类研究生培养质量的评价,应把百篇优秀博士论文作为重点。(2)对高校电子信息类本科生培养质量的评价,应把参加全国全国电子设计竞赛的成绩作为重点。(1)电子设计竞赛成为教育部对高校电子信息类专业评价的关键指标;(2)在许多高校,获国家级奖励的学生可以免试推荐研究生;(3)电子设计竞赛获奖学生在就业时得到用人单位的追捧。训练学生参加全国电子设计竞赛应该作为电子信息类专业的工作重点之一。电子设计竞赛题目的考点分析竞赛题目内容包括模拟电子线路、数字电子线路、高频电子线路、微机原理及单片机、FPGA
3、、DSP等多门课程的内容。竞赛题目考核重在系统参数实现,设计手段和调试方法掌握,科技论文的编写及文档标准化等诸多方面,让学生具有科研和工程能力。电子设计竞赛题目类型分析2003年的竞赛题目如下:电压控制LC振荡器(A题)宽带放大器(B题)低频数字式相位测量仪(C题)简易逻辑分析仪(D题)简易智能电动车(E题)液位点滴速度监控装置(F题)其中控制类2题、电子仪器类2题、高频线路类2题。电子设计竞赛题目类型分析2005年的竞赛题目如下:正弦信号发生器(A题)集成运放测试仪(B题)简易频谱分析仪(C题)单工无线呼叫系统(D题)悬挂运动控制系统(E题)数控恒流源(F题)三相
4、正弦波变频电源(G题)题目更加侧重系统参数的的理解和测试,高频电路类的比重加大。题目看似简单,但考核的知识点多,实现也比较困难,特别是在较短的时间内完成,必须要求具有非常熟练的学科知识和专业技能。以下从2003年由本人辅导的获全国二等奖的题目谈起……<电压控制LC振荡器>题目要点设计并制作一个锁相频率源,主要指标为:频率范围:15MHz~35MHz。频率稳定度:大于10-5。频率程控步进,间隔小于100kHz。实时测量并显示振荡器输出电压峰-峰值,精度优于10%。实时测量并显示振荡器的输出频率。分析难点这是一个可以用来调谐或者扩频的频率本振源。要达到稳定性指标,必
5、须要用锁相环来完成,由于培训阶段已经对程序控制的锁相系统有所准备,包括频率步进程序、锁相环与单片机接口,键盘和LCD显示等已经不构造完成该题目的难点。仍有两个技术难点①信号范围10MHz-35MHz,超过一个倍频程(大于2),而通常振荡电路(比如西勒电路)本身的波段覆盖系数约等于1.8,一个独立的压控振荡器(VCO)很难实现题目要求的动态范围。经初步的实际调试,当低频端取15MHz的话,高频端最多调试到25MHz;②振荡器在10MHz-35MHz的频率覆盖范围内要保持输出幅度的不平度要小于10%。需要做稳幅电路,或在放大器上做AGC、程控GC。方案比较及选择两个难点
6、中第一个难点必须面对(涉及到能否拿到基本分);第二个难点可以先实现MGC,如果时间允许再实现AGC。要实现VCO的大覆盖范围,通常采用的方法是转换波段法(程序控制回路线圈的连接和关断,电视及卫星接收机的高频头采用这样的方法)。实现VCO的基本电路是西勒振荡电路如下图要实现压控振荡,LC回路电容用变容二极管代替为提高变容二级管的斜率,增加频率覆盖范围,变容二极管可以用多只级联,如图转换波段设计VCO要实现的波段覆盖范围为15~35MHz。理论上讲改变变容二极管Cj的值即可实现,但在实践中并非如此。电容级联的变容比也很难达到5.4。转换波段指:在不改变振荡主回路的情况下
7、,采用切换电感的方法实现设计任务中对VCO输出频率覆盖的要求。切换的方式可以采用程序控制开关三极管实现。转换波段存在的困难要求设计合适的回路参数,使多频段刚好重复,给程序实现频段跨越带来方便。要实现以上目的,需要靠调试来确定,短时间内无法完成。需要寻找一种更好的扩大VCO频率覆盖范围的好方法。一种大动态范围锁相频率源的设计思路①将VCO的振荡频率设在为86MHz-126MHz,其波段覆盖系数为F=126/86=1.45,容易实现,带锁相环的频率综合源也在这个频段实现;②86MHz-126MHz的信号与76MHz的固定本振混频后得到10MHz-50MHz的信号。
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