桂工锁相技术 第七章 锁相频率合成课件.ppt

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1、锁相技术PhaselockTechniques信息科学与工程学院通信教研室·杨丽燕第七章锁相频率合成概述变模分频合成器小数分频合成器技术指标与设计概述频率合成的概念频率合成就是将一个高精度和高稳定度的标准参考频率，经过混频、倍频与分频等对它经过加、减、乘、除的四则运算，最终产生大量的具有同样精确度和稳定度的频率源。实现频率合成的设备或仪器称为频率合成器或频率综合器。标准信号发生器由高稳定度的晶体振荡器构成。频率合成的方法直接合成法间接合成法——模拟直接合成法直接数字合成法锁相频率合成法频率合成的方法1．直接频率合成模拟直接频率合成由谐波发生器、滤波器、倍

2、频器、分频器和混频器等组合成的一组或多组电路,由一个或多个参考频率来合成一系列所需要的实用频率。相干频率合成相干直接频率合成锁相频率合成DDS频率合成非相干直接频率合成由很多晶体振荡器组成参考频率，合成一系列所需要的频率。相干直接频率合成由一个高稳定度的晶体振荡器的参考频率合成一系列的所需频率。分类参考频率数目概述概述非相干直接频率合成非相干直接合成框图合成器用了两组晶体振荡器,一个混频器和一个带通滤波器.混频器输出取和频,合成器输出频率范围为55.00~55.99MHz,共100个点频,频率间隔为Δfo=10kHz概述非相干双混频分频直接频率合成非相干

3、双混频分频直接合成框图Δf0~9表示从Δf=0开始的10个频率增量,即由面板开关控制的频率步进间隔。输出频率:fo=(f1+f2+f3+Δf0~9)／10两个混频器带通滤波器选出和频输出方波晶体振荡参考频率晶体切换的晶振若令f1+f2+f3＝10f1，则输出频率:概述相干直接频率合成相干直接合成框图参考频率六个输出频率,频率间隔为0.5MHz,且可以同时输出概述DDS技术——把一系列数字量形式的信号通过数/模转换器转换成模拟量形式的信号合成技术。(1)根据正弦函数关系式，按照一定的时间间隔利用计算机进行数字递推关系计算，求解瞬时正弦函数幅值并实时地送入数

4、／模转换器，从而合成出所要求频率的正弦波信号。合成信号频率较低，一般在几十kHz左右；DDS有两种基本合成方式：(2)利用高速存储器将正弦波的样品存在其中，然后以查表的方式按均匀的速率把这些样品输入到高速D／A转换器，变换成所设定频率的正弦波信号。直接数字合成DDS概念概述2．直接数字合成DDS直接数字频率合成器DDS要设定的输出频率(数据)存储了一个周期的正弦波波形幅值高稳定度晶体振荡器产生的参考频率输出循环扫描地址的次数正弦波数据的周期数一系列模拟正弦波形纯净的设定频率的正弦波信号概述直接频率合成的优缺点：优点：能实现快速频率变换、几乎任意高的频率分

5、辨力、低相位噪声以及很高的输出频率。缺点：需要的硬件设备多，体积大，造价高。输出端会出现寄生频率，即所谓杂波。原因是带通滤波器无法将无用的频率成分过滤干净。概述2．间接频率合成——锁相频率合成锁相频率合成——应用锁相环路PLL(PuaseLockedLoop)实现频率合成的方法，又称之为相干间接频率合成法。单环PLL合成框图当环路锁定时在鉴相器PD输入端的两输入频率必然是相等的:在基本PLL中插入一个可变分频器N,称NPLL频率分辨率等于参考频率fr概述补充知识分频器实质上是一个计数器，原理如下：对输入的脉冲个数进行计数，当数值等于N时，便在输出端产生一

6、个脉冲；同时计数器归零重新计数。概述概述(2)在输出频率覆盖范围较宽，而频率分辨率又要求较高的情况下，因参考频率必须低，则环路分频比N的变化范围将很大,使环路增益在波段范围内将有很大的变化，必然使NPLL性能很不稳定。存在的问题:(1)在目前的跳频通信系统中,要求频率分辨率为1Hz，而频率切换时间则要求小于10μs，这对单环NPLL频率合成是无法实现的。变模分频合成器前置分频PLL合成器基本构成变模分频合成器双模分频PLL合成器基本构成变模分频合成器变模分频合成器变模分频合成器变模分频合成器变模分频合成器变模分频合成器变模分频合成器四模分频PLL合成器基

7、本构成(3)PLL环路的环路滤波是用来滤除鉴相器输出的参考频率和谐波及杂散噪声等，所以环路滤波器的带宽必须小于或等于参考频率。参考频率的降低,又必然要求环路滤波器的带宽变窄，滤波器参数变大。严重影响环路的频率特性和锁定特性。在单环锁相频率合成器中，提高输出频率分辨率和环路性能是矛盾的，于是又出现了多环频率合成，DDS频率合成和小数分频频率合成等方法。锁相环频率合成器缺点之三：变模分频合成器多环频率合成器后置分频PLL合成器基本结构变模分频合成器三环PLL合成器基本结构和工作原理变模分频合成器把A环的输出频率作为C环的参考频率，则整个合成器的输出频率为：单

8、环锁频率合成器的基本特性是Δfo=fr。要提高输出频率分辨率就必须降低参考频率f