頻率合成器工作原理

微弱信號(hào)處理頻率合成器工作原理2021/5/91外差式鎖定放大器結(jié)構(gòu)框圖2021/5/92頻率合成器的工作原理頻率合成器：利用一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)各種技術(shù)途徑產(chǎn)生大量離散信號(hào)的設(shè)備廣泛用于：儀器儀表、遙控遙測(cè)通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、導(dǎo)航以及廣播電視等各個(gè)領(lǐng)域。作用：給微波掃頻信號(hào)提供一定分辨力的頻率參考信號(hào)，并對(duì)微波信號(hào)輸出頻率進(jìn)行逐點(diǎn)鎖定，以得到高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度的掃頻輸出信號(hào)。2021/5/93產(chǎn)生高穩(wěn)定度的中頻fi和混頻所需要的頻率fi+f0'.頻率合成器內(nèi)部有一個(gè)頻率為fi的晶體振蕩器，其頻率穩(wěn)定性很高，再利用鎖相環(huán)（PLL）合成出fi=f0'，當(dāng)PLL處于鎖定狀態(tài)時(shí)f0'=f0,頻率合成器的結(jié)構(gòu)框圖2021/5/94石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱(chēng)為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)2021/5/95關(guān)于壓控振蕩器指輸出頻率與輸入控制電壓有對(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路(VCO)，頻率是輸入信號(hào)電壓的函數(shù)的振蕩器VCO，振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構(gòu)成一個(gè)壓控振蕩器。其特性用輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關(guān)系曲線(圖1)來(lái)表示。圖中,uc為零時(shí)的角頻率ω0,0稱(chēng)為自由振蕩角頻率；曲線在ω0,0處的斜率K0稱(chēng)為控制靈敏度。在通信或測(cè)量?jī)x器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測(cè)量的信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）。人們通常把壓控振蕩器稱(chēng)為調(diào)頻器，用以產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。在自動(dòng)頻率控制環(huán)路和鎖相環(huán)環(huán)路中，輸入控制電壓是誤差信號(hào)電壓，壓控振蕩器是環(huán)路中的一個(gè)受控部件。2021/5/962021/5/97頻率合成器的各部分電路的工作原理如下：（1）、振蕩與混頻：頻率合成器有兩個(gè)振蕩器：一個(gè)是晶體振蕩器，它產(chǎn)生頻率為fi的正弦波，fi高度穩(wěn)定；另一個(gè)是壓控振蕩器VCO，其輸出頻率為fi+fo’，此頻率受VCO輸入電壓VC的控制。這兩種頻率相乘而混頻，產(chǎn)生差頻項(xiàng)頻率fo’和頻項(xiàng)頻率2fi+fo’.經(jīng)過(guò)LPF濾除和頻率項(xiàng)，輸出fo’給鑒相器。（2）、鑒相1、由參考通道輸入的頻率為fo的信號(hào)與LPF輸出頻率為fo’的正弦波在鑒相器中進(jìn)行鑒相，當(dāng)fo'=fo且兩者同相（或正交，取決于鑒相器）時(shí)，鑒相器的輸額出電壓為零，積分器的輸出電壓也為零，VCO振蕩頻率不變，鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)。2021/5/982、當(dāng)fo'<fo時(shí)，鑒相器的輸出電壓為負(fù)，經(jīng)積分和放大施加給VCO控制輸入端，這會(huì)使vco輸出頻率上升，從而使fo'趨近于fo，直到fo'=fo，此時(shí)環(huán)路達(dá)到新的平衡。3、當(dāng)fo'>fo時(shí)，鑒相器的輸出電壓為正，這會(huì)使vco輸出頻率