频率合成器设计(附件)【字数：9831】
摘 要现代通信系统中，频率源是电子系统的核心。例如在通信、雷达、仪器、空间电子设备和电视等电子系统中，它能够对电子系统性能造成直接的影响。频率合成技术经历了模拟直接频率合成、间接频率合成、数字直接频率合成和混合频率合成等几个重要的发展阶段。在充分调研、了解各类频率合成器的工作原理、基本组成、性能指标、设计思路及设计方法的基础上，本文探讨了锁相频率合成器中锁相环的数学模型及相位模型，以MC145151-2为例，进一步完成了一个模拟锁相频率合成器的设计并进行了仿真。
目 录
第一章 绪论 1
1.1昨天的频率合成技术 1
1.2今天的频率合成技术 1
第二章 频率合成技术 2
2.1频率合成技术概念 2
2.2频率合成技术主要指标 3
2.3锁相环的基本原理 4
第三章 模拟锁相环技术 6
3.1模拟锁相环的基本构成 6
3.2模拟锁相环的相位模型和基本方程 9
3.3锁相环工作过程的定性分析 10
3.4锁相环路的线性分析 10
第四章 锁相环频率合成器设计与仿真 11
4.1锁相环频率合成器设计 11
4.2仿真模型建立 13
4.2 实验结果分析 14
4.3 设计过程及实验中遇到的问题 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1昨天的频率合成技术
随着频率源在现实生活中应用的越来越多，科技对它的要求也在渐渐提高。频率精度和稳定性是衡量频率源的众多要求中最重要的一部分。但是需求的标准越来越高，一般的振荡器已经跟不上时代的发展。晶体振荡器的高准确度和高稳定度虽然早已被大家熟知，但是晶体振荡器也有着自身特有的缺点：频率变化范围很小，频率值不高，很难适用于通信、卫星定位、航空航天等电子系统。所以晶体振荡器不能直接应用于这些电子系统中，必须与特有的技术搭配才能应用。
频率合成技术是以一个或少量的高精高稳的标准频率作参考频率，通过对频率进行算法运算，调制出多个或者大量输出频率，而且频率的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
精稳度与作为参考频率源的晶体振荡器是一致的。这种方法比可控晶体振荡器少用了很多高质量晶体，它不仅仅达到我们所预期的要求，还把频率稳定度和精度提高好几个数量级，我们把这种方法统称为相干频率合成技术。相干频率合成器能利用一个参考信号产生一系列满足精度和稳定度需求的频点，使成本大大降低。
频率合成器对现代电子系统来说是不能缺少的基础电路。在诸多大规模系统中，它的输出的信号可用作同步时钟，通信系统的基带取样电路。频率合成器符合我国的高新技术产品，在市场上具有巨大商机。所以它在政策的扶持下发展较快，形成了多个品种。
锁相环频率合成技术经过几十年的发展技术日趋成熟，随着大规模集成电路的发展，并且价廉物美，在日常生活中广泛运用，锁相式频率合成器正在蓬勃发展中。顾名思义，锁相环频率合成器的核心是锁相环电路。锁相环电路的定义是H.de Bellescize在二十世纪三十年代公布，他虽然很早以前就已经提出了同步检波理论，但并没有吸引大多数人们的注意。这种现象一直持续到后来的四十年代，那时锁相环电路才得到大家的认可和重视，原因是电视接收机扫描可以使用PLL同步后，人们才开始认识到锁相电路的重要性。但由于技术刚开始不成熟成本太高，所以主要被应用在军事和高精度仪器中，并没有普及民众。
1.2今天的频率合成技术
在锁相环频率合成器得到应用和发展之后的三十年里，锁相环路由于集成电路的出现产生了日新月异的变化，两种技术的结合后出现了集成锁相环路。锁相环路的集成度提高了，成本才慢慢降低。正是因为这些品质优廉的集成锁相环路的出现，锁相环电路才能被使用在更多的系统中。
我国迅速发展的过程中，芯片的需求虽然很高，到目前为止，在电视机彩色副载波提取、立体声解码、调制解调等领域锁相环技术早已普遍应用。
另外，由于分频器的发展速度放慢，锁相环电路就得到了很好的发展和利用。分频器的市场需求量减少，市场对锁相环的需求就变大了。许多设计整机系统的厂商已经开始使用频率合成器而不采用分频器，这是也间接扩大锁相环频率合成器市场。
快捷变，低相噪的频率合成器是目前系统的研究热点。而高性能，小体积，低功耗，高集成度以及低成本的频率合成器是通信等系统的研究热点。这些技术研究的热点困难程度很高，由于设计时要求合成器的工作频率范围非常宽，所以设计者的工作变得非常困难，这时对频率合成技术系统方法的选择变得额外重要。现有的每一种合成技术都是优缺点并存的，没有哪一种合成技术能完全满足合成器设计中所有要求。为了简化设计，减少合成器的成本，设计者必须一直尝试发明新的技术，时刻关注领域的最新发展。
第二章 频率合成技术
2.1频率合成技术概念
频率合成技术概念已在上文提到，是以一调多得到高精度高稳定的频率。
早期的频率合成器若按照频率产生过程中采用晶体振荡器的数目，可以分成两大类：非相干合成和相干合成。前者是采用了许多晶振来获得所需要的大量工作频率，而后者只采用了一个晶振作为参考源来得到所需要的工作频率，所以由于成本和输出信号稳定性的劣势，非相干合成已经退出了历史的舞台。
非相干合成法：有很多方法可以从输入频率生成输出频率，具体方法取决于输出频率范围的应用。最小频率步长的频率稳定性和精度，杂散电平，尺寸，成本和功耗这些因素也决定着方法的选择。该技术主要是减少了振荡器和基本模块的数量降低了成本。
因为相干合成法只使用一个晶振，所以调制得到的所有频率都具有这个晶振的高质量特性。现如今存在的相干合成法又细分为三大块：直接合成法、间接合成法、直接数字合成法。
目 录
第一章 绪论 1
1.1昨天的频率合成技术 1
1.2今天的频率合成技术 1
第二章 频率合成技术 2
2.1频率合成技术概念 2
2.2频率合成技术主要指标 3
2.3锁相环的基本原理 4
第三章 模拟锁相环技术 6
3.1模拟锁相环的基本构成 6
3.2模拟锁相环的相位模型和基本方程 9
3.3锁相环工作过程的定性分析 10
3.4锁相环路的线性分析 10
第四章 锁相环频率合成器设计与仿真 11
4.1锁相环频率合成器设计 11
4.2仿真模型建立 13
4.2 实验结果分析 14
4.3 设计过程及实验中遇到的问题 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1昨天的频率合成技术
随着频率源在现实生活中应用的越来越多，科技对它的要求也在渐渐提高。频率精度和稳定性是衡量频率源的众多要求中最重要的一部分。但是需求的标准越来越高，一般的振荡器已经跟不上时代的发展。晶体振荡器的高准确度和高稳定度虽然早已被大家熟知，但是晶体振荡器也有着自身特有的缺点：频率变化范围很小，频率值不高，很难适用于通信、卫星定位、航空航天等电子系统。所以晶体振荡器不能直接应用于这些电子系统中，必须与特有的技术搭配才能应用。
频率合成技术是以一个或少量的高精高稳的标准频率作参考频率，通过对频率进行算法运算，调制出多个或者大量输出频率，而且频率的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
精稳度与作为参考频率源的晶体振荡器是一致的。这种方法比可控晶体振荡器少用了很多高质量晶体，它不仅仅达到我们所预期的要求，还把频率稳定度和精度提高好几个数量级，我们把这种方法统称为相干频率合成技术。相干频率合成器能利用一个参考信号产生一系列满足精度和稳定度需求的频点，使成本大大降低。
频率合成器对现代电子系统来说是不能缺少的基础电路。在诸多大规模系统中，它的输出的信号可用作同步时钟，通信系统的基带取样电路。频率合成器符合我国的高新技术产品，在市场上具有巨大商机。所以它在政策的扶持下发展较快，形成了多个品种。
锁相环频率合成技术经过几十年的发展技术日趋成熟，随着大规模集成电路的发展，并且价廉物美，在日常生活中广泛运用，锁相式频率合成器正在蓬勃发展中。顾名思义，锁相环频率合成器的核心是锁相环电路。锁相环电路的定义是H.de Bellescize在二十世纪三十年代公布，他虽然很早以前就已经提出了同步检波理论，但并没有吸引大多数人们的注意。这种现象一直持续到后来的四十年代，那时锁相环电路才得到大家的认可和重视，原因是电视接收机扫描可以使用PLL同步后，人们才开始认识到锁相电路的重要性。但由于技术刚开始不成熟成本太高，所以主要被应用在军事和高精度仪器中，并没有普及民众。
1.2今天的频率合成技术
在锁相环频率合成器得到应用和发展之后的三十年里，锁相环路由于集成电路的出现产生了日新月异的变化，两种技术的结合后出现了集成锁相环路。锁相环路的集成度提高了，成本才慢慢降低。正是因为这些品质优廉的集成锁相环路的出现，锁相环电路才能被使用在更多的系统中。
我国迅速发展的过程中，芯片的需求虽然很高，到目前为止，在电视机彩色副载波提取、立体声解码、调制解调等领域锁相环技术早已普遍应用。
另外，由于分频器的发展速度放慢，锁相环电路就得到了很好的发展和利用。分频器的市场需求量减少，市场对锁相环的需求就变大了。许多设计整机系统的厂商已经开始使用频率合成器而不采用分频器，这是也间接扩大锁相环频率合成器市场。
快捷变，低相噪的频率合成器是目前系统的研究热点。而高性能，小体积，低功耗，高集成度以及低成本的频率合成器是通信等系统的研究热点。这些技术研究的热点困难程度很高，由于设计时要求合成器的工作频率范围非常宽，所以设计者的工作变得非常困难，这时对频率合成技术系统方法的选择变得额外重要。现有的每一种合成技术都是优缺点并存的，没有哪一种合成技术能完全满足合成器设计中所有要求。为了简化设计，减少合成器的成本，设计者必须一直尝试发明新的技术，时刻关注领域的最新发展。
第二章 频率合成技术
2.1频率合成技术概念
频率合成技术概念已在上文提到，是以一调多得到高精度高稳定的频率。
早期的频率合成器若按照频率产生过程中采用晶体振荡器的数目，可以分成两大类：非相干合成和相干合成。前者是采用了许多晶振来获得所需要的大量工作频率，而后者只采用了一个晶振作为参考源来得到所需要的工作频率，所以由于成本和输出信号稳定性的劣势，非相干合成已经退出了历史的舞台。
非相干合成法：有很多方法可以从输入频率生成输出频率，具体方法取决于输出频率范围的应用。最小频率步长的频率稳定性和精度，杂散电平，尺寸，成本和功耗这些因素也决定着方法的选择。该技术主要是减少了振荡器和基本模块的数量降低了成本。
因为相干合成法只使用一个晶振，所以调制得到的所有频率都具有这个晶振的高质量特性。现如今存在的相干合成法又细分为三大块：直接合成法、间接合成法、直接数字合成法。
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