數(shù)字高頻調(diào)諧器原理與結(jié)構(gòu)分析.

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第i頁(yè)數(shù)字高頻調(diào)諧器原理與結(jié)構(gòu)分析摘要數(shù)字電視調(diào)諧器是電視接收機(jī)頂盒中的重要部件，是數(shù)字電視接收機(jī)的前端部件， 數(shù)字信號(hào)高頻調(diào)諧器簡(jiǎn)稱數(shù)字高頻頭，在數(shù)字電視芯片中占有十分重要的地位。它承擔(dān) 了數(shù)字電視接收機(jī)的全部高頻信號(hào)的處理工作。它主要是對(duì)模擬電視機(jī)的升級(jí)，使模擬電 視機(jī)能接收和收看數(shù)字電視節(jié)目，同時(shí)具有所有廣播和交互式多媒體應(yīng)用功能，現(xiàn)在就基于數(shù)字高頻調(diào)諧器原理與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過(guò)時(shí)鐘輸入采用從信號(hào)源上的bs信號(hào)輸入，經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)電路（cd4046）及分頻器控制電路（cd4522）即分頻比為n,則從vco 振蕩輸出口得到合成頻率為 nf信號(hào)。把壓控振蕩器vco的輸入端用導(dǎo)線直接

2、連接到相位比較器2的比較信號(hào)輸入端第三引腳 pd12,這時(shí)，該電路就是一個(gè)基本鎖相環(huán)電 路。本電路采用反饋封鎖的辦法，實(shí)現(xiàn)了使用極少的器件控制著眾多批頻率（即從100hz99.9khz）的靈活轉(zhuǎn)換功能。分頻比范圍控制電路，主要通過(guò)改變電阻、電容 的值來(lái)改變頻率合成器分頻比的范圍。關(guān)鍵詞：數(shù)字高頻頭，鎖相環(huán)，控制電路課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第ii頁(yè)1緒論12數(shù)字調(diào)諧器的分類、特點(diǎn)及組成 13.頻率合成式數(shù)字調(diào)諧器工作原理 33.1 數(shù)字頻率合成器的組成33.2 鎖相環(huán)路的工作原理及組成 33.3 數(shù)字鎖相式頻率合成器系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖 43.3.1 常用集成鎖相環(huán)路cd4046簡(jiǎn)介53.3.2 cd4046

3、的內(nèi)部功能框圖及各引腳功能如下 63.3.3 可預(yù)置1/n計(jì)數(shù)器cd4522工作原理及引腳圖 7總 結(jié)11致 謝12參考文獻(xiàn)13課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第15頁(yè)1緒論1.1課題描述數(shù)字電視調(diào)諧器是數(shù)字電視接收機(jī)的前端部件， 在數(shù)字電視芯片中占有十分重要的 地位。它承擔(dān)了數(shù)字電視接收機(jī)的全部高頻信號(hào)的處理工作。傳統(tǒng)的電視調(diào)諧器由分立元件構(gòu)成，通過(guò)印刷電路板互連，外型是一個(gè)鐵盒裝置， 將各區(qū)域隔離，防止信號(hào)之間用擾，內(nèi)部各個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不同功能，通過(guò)金屬將各區(qū)域隔 離，防止信號(hào)之間的用擾，此類調(diào)諧器存在幾個(gè)難以解決的缺餡：性能不穩(wěn)定，每個(gè)器 件都有獨(dú)立的電氣和溫度特性，因此隨著時(shí)間推移和外部環(huán)境的變化，調(diào)諧器的

4、總體性 能的變化范圍較大，最終導(dǎo)致圖像質(zhì)量的變化；體積較大，因?yàn)閮?nèi)部空間需要容納眾多 器件，包括芯片，線圈，電容等，而且要考慮散熱問(wèn)題；成本較高，調(diào)諧器的成本包括 內(nèi)部的多塊芯片，線圈，電容，外層鐵盒以及 pcb板的制作費(fèi)用，價(jià)格不菲。隨著微電子技術(shù)，超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù) 等方面的實(shí)用技術(shù)突破，國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，電視調(diào)諧器的制作越來(lái)越優(yōu)良，性能越 來(lái)越優(yōu)異，并向集成化，小型化和高可靠性發(fā)展，從上世紀(jì) 70年代開(kāi)始，分離器件構(gòu) 成的電路模塊逐漸被相應(yīng)專用的集成電路所替代，并隨著集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，電 視視調(diào)諧器專用芯片的集成度越來(lái)越高。2數(shù)字調(diào)諧器的分類

5、、特點(diǎn)及組成高頻調(diào)諧器分機(jī)械調(diào)諧和電調(diào)諧兩類。機(jī)械調(diào)諧高頻頭是通過(guò)改變電感進(jìn)行頻道 選擇的。該調(diào)諧方式的優(yōu)點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)每轉(zhuǎn)動(dòng)一檔，就可切換一個(gè)頻道，不需另加選臺(tái)裝 置，電性能穩(wěn)定，維修調(diào)整均方便1。主要缺點(diǎn)是體積大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且機(jī)械觸 點(diǎn)多，用久易發(fā)生接觸不良。電調(diào)諧高頻頭是通過(guò)改變回路中的電容進(jìn)行頻道選擇的。目前，都是采用變?nèi)荻O管代替可變電容。 它的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)機(jī)械觸點(diǎn)、壽命長(zhǎng)。在波段范圍內(nèi)頻率連續(xù)可調(diào)，但頻率位置不能固定，在更換臺(tái)時(shí)需臨時(shí)調(diào)整。 為避免這一麻煩，就必須附設(shè)多路頻道預(yù) 選器。另外，電子調(diào)諧器的本振頻率易受溫度變化的影響，故常設(shè) afc電路。不論是機(jī)械調(diào)諧還是電調(diào)諧，都必須同

6、時(shí)改變輸入回路、高放及本振回路的調(diào)諧參數(shù)（電感或電容）才可以切換頻道。 近年來(lái)，電視接收機(jī)調(diào)諧器不僅出現(xiàn)了各種類型的模擬或數(shù)字式電子選臺(tái)和自動(dòng)預(yù)選裝置，而且已廣泛使用光控式近紅外遙控器，以及與 微處理器結(jié)合的多功能遙控器，應(yīng)用語(yǔ)言識(shí)別技術(shù)的語(yǔ)言遙控器也正在進(jìn)行研究。 高頻頭的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。由于受壓控變?nèi)荻O管容量變化范圍的限制，我國(guó)將 tv分為三個(gè)頻段：高（uhf）、中（uhf-h）和低（vhf-l ）頻段。電路包含：三套獨(dú) 立的高放（包括輸入調(diào)諧電路、高頻放大器和輸出調(diào)諧器），本機(jī)振蕩器、混（變）頻 器和前置中頻bpf等電路。由頻段開(kāi)關(guān)選擇切換；輸入回路單調(diào)諧，q質(zhì)低，帶寬約12mhz

7、;輸出回路雙調(diào)諧，矩形系數(shù)好，帶寬約 12mhz;雙柵場(chǎng)效應(yīng)低噪聲放大管， g1為tvrf信號(hào)輸入端，g2是放大器增益控制端，電壓高時(shí)增益大，最大增益約20db。 增益大有利于在接收小信號(hào)的 tv時(shí)提高整機(jī)的信噪比，接收靈敏度好。由于我國(guó) tv 中頻規(guī)定38mhz,在輸入/輸出回路與本振統(tǒng)調(diào)情況下，本振頻率始終比 rf信號(hào)頻率 高38mhz?；祛l器如同模擬乘法器2,兩個(gè)不同頻率的信號(hào)相乘將產(chǎn)生 和頻”和 差頻” 信號(hào)，其中 差頻”就是所指的中頻tv信號(hào)。和頻'將被中頻帶通濾波器濾除。由于本 振的頻率穩(wěn)定度較差，因此中頻信號(hào)時(shí)常偏離 38mhz,形成 跑臺(tái)”的故障現(xiàn)象。里調(diào)諧三更放 雙調(diào)

8、諧 溫頻 _運(yùn).g2 _1.心herm蜀任卜v r 一bu eh bl ago vti圖1基本原理框圖數(shù)字調(diào)諧控制電路部分是數(shù)字調(diào)諧的核心部分，主要有鎖相環(huán)（pll）,數(shù)字頻率合成器和微處理器（cpu）調(diào)諧控制器和顯示驅(qū)動(dòng)器。頻率合成是對(duì)高穩(wěn)定度的頻率進(jìn)行 加減乘除基本運(yùn)算，以產(chǎn)生一系列所需要的各種離散頻率技術(shù)。數(shù)字調(diào)諧器分為衛(wèi)星數(shù)字調(diào)諧器，有線數(shù)字調(diào)諧器，地面數(shù)字調(diào)諧器三種，由于信 號(hào)傳輸媒介的不同，采用的信號(hào)調(diào)制方式與信道編碼方式也有所不同，不可混用，而相 同的傳輸媒介，國(guó)際上的傳輸標(biāo)準(zhǔn)也不相同，目前國(guó)際上數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)主要分為：以美國(guó)為代表的atsc標(biāo)準(zhǔn)，歐洲dvb標(biāo)準(zhǔn)以及日本的isd

9、b標(biāo)準(zhǔn)，而我國(guó)除衛(wèi)星信 號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)采用歐洲dvb-s標(biāo)準(zhǔn)外，其地面與有線標(biāo)準(zhǔn)尚在制定之中，因此，傳輸標(biāo) 準(zhǔn)是調(diào)諧器完成信道解碼功能所必須遵循的，但無(wú)論采用何種標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字電視調(diào)諧器均 完成統(tǒng)一的mpeg-iits傳輸流輸出，供解復(fù)用及信源解碼之用。rf調(diào)諧器的概念，是將傳輸媒介送達(dá)的不同頻率的載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的中間頻率或 基帶信號(hào)的模組，主要用于音視頻終端接收設(shè)備的高頻前端。調(diào)諧是相對(duì)載波的諧振回 路，高頻是相對(duì)載波的頻率?；驹砜驁D如圖 2所示。輸 出 回 路本振回路圖2高頻頭的電路結(jié)構(gòu)圖3頻率合成式數(shù)字調(diào)諧器工作原理3.1 數(shù)字頻率合成器的組成數(shù)字鎖相式頻率合成器根據(jù)信道間隔和工作頻率可

10、分為直接式頻率合成器和吞脈 沖式頻率合成器。典型的直接式頻率合成器組成框圖如圖4所示。它由參考振蕩器、參考分頻器、鑒相器（pd）、環(huán)路濾波器（lf）、壓控振蕩器（vco）和可編程分頻器 等部分組成。3.2 鎖相環(huán)路的工作原理及組成鎖相環(huán)（pll）是一個(gè)相位誤差控制系統(tǒng)，利用反饋控制原理實(shí)現(xiàn)頻率及相位 的同步技術(shù)。鎖相環(huán)通過(guò)比較輸入信號(hào)和壓控振蕩器輸出頻率之間的相位差，產(chǎn)生 誤差控制電壓來(lái)調(diào)整壓控振蕩器的頻率3,以達(dá)到與輸入信號(hào)同頻。圖3系統(tǒng)原理框圖鎖相環(huán)路的基本組成框圖如圖 4所示。它由鑒相器（pd）、環(huán)路濾波器（lf） 和壓控振蕩器（vco）三部分組成。其中，pd和lf構(gòu)成反饋控制器，系統(tǒng)是

11、由鎖 相環(huán)路和n分頻器以及信號(hào)輸入電路構(gòu)成的。在鎖相環(huán)路模塊中，鑒相器（pd）和壓控振蕩器（vco）可由集成芯片提供，以 降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。鑒相器輸出的相位誤差電壓是周期性脈沖波形，需要使用環(huán)路低通濾 波器將它平滑后輸出一個(gè)直流控制電壓，去控制vco的頻率和相位,使之向減小誤差方 向變化，從而消除頻差與相差達(dá)到鎖定狀態(tài)，而高頻噪聲及其它交流諧波分量將受到濾波 器的抑制。n分頻器是將vco輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)n位可控計(jì)數(shù)器分頻后輸入鑒相器，使之與參考 信號(hào)進(jìn)行比較。信號(hào)輸入電路實(shí)質(zhì)就是產(chǎn)生100hz基準(zhǔn)信號(hào)源，系統(tǒng)將在此信號(hào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一系 列的頻率合成。信號(hào)源的精度和穩(wěn)定度將影響整個(gè)系統(tǒng)頻率合成的精度

12、和穩(wěn)定度。3.3 數(shù)字鎖相式頻率合成器系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖分頻比范圍 控制電路時(shí)鐘輸入 鎖相環(huán)電路 （cd4046）分頻器個(gè)，十位控制電路 （cd4522）圖4系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)鐘輸入可采用從信號(hào)源上的bs信號(hào)輸入（頻率為f）,經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)電路（cd4046） 及分頻器個(gè)、十、百位控制電路（cd4522）即分頻比為n,則從vco振蕩輸出口得到 合成頻率為n f信號(hào)。cd4522為可預(yù)置可編程的二-十進(jìn)制記數(shù)器。n分頻器是鎖相 式數(shù)字頻率合成器主要單元電路之一。 當(dāng)程序分頻器的分頻比n置成1,也就是把sw1 斷開(kāi)，sw2置成“0001狀態(tài)，或者不接入兩級(jí)程序分頻器，即把壓控振蕩器vco的輸入端用導(dǎo)線直接連接到

13、相位比較器 2的比較信號(hào)輸入端第三引腳 pd12,這時(shí)，該電路 就是一個(gè)基本鎖相環(huán)電路。本電路采用反饋封鎖的辦法4,實(shí)現(xiàn)了使用極少的器件控制著眾多批頻率（即從100hz99.9khz）的靈活轉(zhuǎn)換功能。分頻比范圍控制電路，主要 通過(guò)改變電阻、電容的值來(lái)改變頻率合成器分頻比的范圍。3.3.1 常用集成鎖相環(huán)路cd4046簡(jiǎn)介cd4046是通用的cmos鎖相環(huán)集成電路，具特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（為 3v 18v）,輸入阻抗高（約100m）,動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10khz下功耗僅 為600pw,屬微功耗器件。cd4046是帶有rc型vco的鎖相環(huán)路，屬于低頻鎖相環(huán)路。采用 16腳雙列直插 式，圖

14、6為cd4046的內(nèi)部功能框圖和構(gòu)成鎖相頻率合成器時(shí)的外圍元件連接圖。從圖 中可以看出，cd4046主要由相位比較i、h、壓控振蕩器（vco）、線性放大器、源 跟隨器、整形電路等部分構(gòu)成。芯片內(nèi)含有一個(gè)低功耗、高線性 vco,兩個(gè)工作方式 不同的鑒相器pdi和pdii , a1為pdi和pdii的公用輸入基準(zhǔn)信號(hào)放大器，源跟隨器 a2與vco輸入端相連是專門(mén)作fm解調(diào)輸出之用的，此 外還有一個(gè)6v左右的齊納穩(wěn)壓管。3.3.2 cd4046的內(nèi)部功能框圖及各引腳功能如下1腳相位輸出端，環(huán)路入鎖時(shí)為高電平，環(huán)路失鎖時(shí)為低電平，2腳相位比較器i的輸出端，3腳比較信號(hào)輸入端，4腳壓控振蕩器輸出端，5腳

15、禁止端，高電平時(shí)禁止， 低電平時(shí)允許壓控振蕩器工作，6、7腳外接振蕩電容，8、16腳電源的負(fù)端和正端，9 腳壓控振蕩器的控制端，10腳解調(diào)輸出端，用于fm解調(diào),11、12腳外接振蕩電阻，13 腳相位比較器r的輸出端，14腳信號(hào)輸入端，15腳內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓管負(fù)極。圖6 cd4046內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.3 可預(yù)置1/n計(jì)數(shù)器cd4522工作原理及引腳圖 工作原理，不要外接門(mén)電路即可實(shí)現(xiàn)1/n計(jì)數(shù)/分頻，可以完成可編程序的減計(jì)數(shù)(2)cd4522引腳圖圖7引腳圖mc14522由兩部分組成：一是可預(yù)置的二一十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器，二是“0”輸出r-s 觸發(fā)器。mc14522有四個(gè)輸出端q0-q3；還有一個(gè)q

16、c輸出端5,作為多級(jí)級(jí)聯(lián)使用。 它的輸入端較多，除了時(shí)鐘端 cp,時(shí)鐘禁止端en和清零端cr外，還有與qoq3相 對(duì)應(yīng)的四個(gè)預(yù)置數(shù)輸入端 p0-p3,以及預(yù)置控制端 pe。止匕外，為了完善電路的功能， 還有一個(gè)級(jí)聯(lián)反饋輸入端cf。（3） mc14522的工作過(guò)程mc14522是由4個(gè)觸發(fā)器和幾個(gè)進(jìn)位及反饋門(mén)電路組成表1 mc14522功能表輸入輸出cpenpe crp0 p1p2 p3q0 q1q2q31000010d1 d2d3 d4d1 d2d3d4j000計(jì)數(shù)0000不計(jì)數(shù)100不計(jì)數(shù)器的各輸出端均置為“ 0”電平。只要cr為“0”，pe為“1”，則加在p0r上的數(shù) 據(jù)送入對(duì)應(yīng)的q0-q

17、3o按照表（a）所列狀態(tài)，在時(shí)鐘上升沿作用下，計(jì)數(shù)器將做減計(jì) 數(shù)。而表（b）表明了級(jí)聯(lián)反饋端6、計(jì)數(shù)器內(nèi)部數(shù)據(jù)與qc輸出端之間的關(guān)系。當(dāng)cf 輸入端為“1”時(shí)，并且計(jì)數(shù)器內(nèi)部數(shù)據(jù) qoq3均為“0”電平時(shí)，則r-s觸發(fā)器置數(shù), qc輸出端為“1”電平。這是r-s觸發(fā)器置數(shù)的唯一條件70若cf為“0”電平，即使 qo q3全為“0”狀態(tài)qc輸出端仍為“ 0”狀態(tài)。典型參數(shù)：工作電壓：3v到18v單一直流電壓，最大功耗；500mw,異步預(yù)置允許， 而vco就是它的控制對(duì)象圖8 protues仿真實(shí)驗(yàn)電路圖圖9 protues仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果網(wǎng)，具備產(chǎn)品制作由仿真結(jié)果看，該電路設(shè)計(jì)具有可行性，能夠輸出所

18、需方波信號(hào) 基礎(chǔ)。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，測(cè)得的實(shí)際數(shù)據(jù)如下:表3 vco實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):cd4046 9腳的電壓（v）輸出頻率（hz）0.99001.0399001.14199001.25299001.34399001.42499001.5599001.57699001.63799001.69899001.7599900總 結(jié)為期三周的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，回首整個(gè)過(guò)程，仍會(huì)感到一些緊張，但更多的是 充實(shí)，在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中學(xué)到了很多以前沒(méi)有注意的知識(shí)。剛拿到課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的時(shí)候，感覺(jué)自己的題目很簡(jiǎn)單，應(yīng)該一周之內(nèi)就能完成的, 可當(dāng)自己真正的設(shè)計(jì)時(shí)，好多需要考慮的問(wèn)題一個(gè)一個(gè)的出現(xiàn)在我的眼前，要想完成電 路的設(shè)計(jì)，就需要仔細(xì)地把一個(gè)個(gè)問(wèn)題解決好。為了解決設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，自己不厭其煩 的去圖書(shū)館查資料，和同學(xué)交流一起想解決問(wèn)題的辦法。以前在學(xué)習(xí)專業(yè)課時(shí)，感覺(jué)沒(méi)有多少實(shí)際的用途，因而學(xué)習(xí)興趣不高。通過(guò)這次的 課程設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到了學(xué)校開(kāi)設(shè)的課程都是有一定作用的，只是在學(xué)習(xí)的時(shí)候沒(méi)有體會(huì) 到罷了。以后要好好學(xué)習(xí)自己的專業(yè)課，勤于動(dòng)手，把所學(xué)的用于實(shí)際的生活