射频微波电路导论西电实用教案

频率合成器技术十近代射频/微波系统的主要信号源。调频电台、捷变频雷达、移动通信等核心无线系统都采用频率合成器。而且(r qi)现代电子测量仪器的信号源都是频率合成器频率合成技术：将一个高稳定度和高精度的标准频率信号经过加、减、乘、除等四则算术运算以及倍频、分频和混频(hn pn)等手段，产生有相同稳定度的大量离散频率第1页/共30页第一页，共30页。频率(pnl)合成器种类1 直接(zhji)频率合成器2 锁相环频率(pnl)合成器（PLL）3 直接数字频率合成器（DDS）4 PLLDDS混合结构其中 第一种已经很少使用了，第二、三、四种都有广泛应用第2页/共30页第二页，共30页。1 直接(zhji)频率合成器基准信号通过脉冲形成电路产生谐波(xi b)丰富的窄脉冲，经过混频、分频、倍频、滤波等进行频率的变换和组合，产生大量离散频率，最后取出所需频率优点：频率转换时间短，并能产生(chnshng)任意小数值的频率步进缺点：采用大量倍频、分频电路，造成合成器庞大体积和重量，而且输出谐波、噪声和寄生频率难以抑制第3页/共30页第三页，共30页。2 锁相环频率(pnl)合成器（PLL）把压控振荡器的输出信号与基准(jzhn)信号的谐波在鉴相器进行相位比较，当两者接近时，环路就自动把振荡频率锁到这个谐波频率上优点：结构简单，指标可以(ky)做的较高缺点：提供的频道数有限1 基本原理第4页/共30页第四页，共30页。2 数字式频率(pnl)合成器数字式频率合成器是锁相环频率合成器的一种改进(gijn)形式。压控振荡器输出信号进行N次分频后再与基准信号进行相位比较(bjio)，当环路锁定时，压控振荡器的输出频率与基准频率的关系NR。其输出频率为参考频率的整数倍优点：锁相环相当于一个窄带跟踪滤波器，具有良好的窄带跟踪滤波器特性和抑制输入信号的寄生干扰能力。有利于小型化，集成化。被广泛应用第5页/共30页第五页，共30页。PLL基本(jbn)理论基本(jbn)锁相环结构第6页/共30页第六页，共30页。典型Charge Pump 锁相环输入(shr)与输出关系第7页/共30页第七页，共30页。PLL开环增益(zngy)反馈路径(ljng)传输函数第8页/共30页第八页，共30页。闭环增益(zngy)第9页/共30页第九页，共30页。系统中个部分的传输(chun sh)函数第10页/共30页第十页，共30页。非VCO源传输函数(hnsh)曲线第11页/共30页第十一页，共30页。VCO传输函数(hnsh)曲线第12页/共30页第十二页，共30页。各部分(b fen)对总的输出相噪恶化关系曲线第13页/共30页第十三页，共30页。VCO相位(xingwi)噪声对输出信号的相位(xingwi)噪声的影响第14页/共30页第十四页，共30页。相位(xingwi)噪声恶化计算第15页/共30页第十五页，共30页。3 直接(zhji)数字频率合成器（DDS）从相位概念出发，直接合成(hchng)所需要波形第16页/共30页第十六页，共30页。DDS优点： 1输出频率相对带宽较宽（50s） 2频率转换时间短（改变控制字，经过一个时钟周期就可实现） 3频率分辨率极高（由累加器位数N决定，分辨率可达1Hz，甚至到1mHz） 4相位变化连续（保持了信号相位的连续性） 5 输出波形灵活(ln hu)（在DDS内部加上相应控制实现调频、调相和调幅，改变DDS波形存储器实现任意波形输出）DDS缺点(qudin)：1最高输出频率受限 2输出杂散大第17页/共30页第十七页，共30页。4 PLLDDS频率(pnl)合成器用DDS作为(zuwi)PLL的可变参考源1. DDS作为(zuwi)参考源第18页/共30页第十八页，共30页。2. DDS内插合成(hchng)第19页/共30页第十九页，共30页。3. DDS倍频(bi pn)方案第20页/共30页第二十页，共30页。锁相环频率(pnl)合成器PLL现代PLL的基本(jbn)结构频率合成器的组成元器件有：标准晶振频率源、频率合成芯片、环路滤波器、压控振荡器、单片机或者其他(qt)数字控制芯片第21页/共30页第二十一页，共30页。1晶体振荡器 常用的有恒温(hngwn)晶振OCXO、温补晶振TCXO、数字温补DCXO，频率稳定度等指标都非常高2 PLL集成电路 包括参考(cnko)标准频率源的分频器、VCO输出信号分频器、鉴相器、输出电荷泵等。 上述两个分频器可对标准频率和输出频率进行分频，得到两路同频信号，再进行相位比较，相位差送入电荷泵（电荷泵输出电流于相位差成比例），输出给LPF专成误差电压控制VCO。 常用PLL芯片的公司有MOTOROLA 、HITTITE、LM、AD等，典型有LM2326系列，以及AD4360系列第22页/共30页第二十二页，共30页。3 压控振荡器VCO 利用可变电容器实现输出频率调节的振荡器 国内十三所以及国外的MINI、HITTITE、Z-COMM等公司的VCO指标都非常(fichng)可靠第23页/共30页第二十三页，共30页。4 低通滤波器LPF 鉴相器输出不但包括直流误差控制信号，还包括一些高频谐波成分，会影响VCO电路工作，需要用低通滤波器滤除，防止对VCO电路造成干扰。 LPF对整个频率合成的的性能影响很大，直接影响到频率合成器的相位(xingwi)噪声和切换速度，所以设计频率合成器时应该重点设计。而且对于锁相源，其他器件选定之后，其特性指标就已经确定，所以低通滤波器设计是锁相源设计的重点。第24页/共30页第二十四页，共30页。四种(s zhn)不同形式的环路滤波器LPF第25页/共30页第二十五页，共30页。利用(lyng)ADF4360集成VCO系列构成的PLL频率合成器利用(lyng)ADIsimPLL设计软件根据所选元器件参数设计三阶无源LPF滤波器第26页/共30页第二十六页，共30页。锁相环PLL频率(pnl)合成器电路原理图第27页/共30页第二十七页，共30页。ADF4360系列(xli)PLL频率合成器实物图第28页/共30页第二十八页，共30页。LM2326独立(dl)VCO频率合成器第29页/共30页第二十九页，共30页。感谢您的观看(gunkn)！第30页/共30页第三十页，共30页。