頻率合成器是現(xiàn)代無(wú)線通信設(shè)備中一個(gè)重要的組成部分，直接影響著無(wú)線通信設(shè)備的性能。頻率合成技術(shù)歷經(jīng)了早期的直接合成技術(shù)（DS）和鎖相合成技術(shù)（PLL），發(fā)展到如今的直接數(shù)字合成技術(shù)（DDS）。直接數(shù)字合成技術(shù)具有分辨率高，轉(zhuǎn)換速度快，相位噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)線通信中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，利用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)研制出了很多頻率合成集成電路。頻率合成器是電子系統(tǒng)的心臟，是決定電子系統(tǒng)性能的關(guān)鍵設(shè)備，隨著通信 、數(shù)字電視、衛(wèi)星定位、航空航天、雷達(dá)和電子對(duì)抗等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)頻率合成器提出了越來(lái)越高的要求。頻率合成技術(shù)是將一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定、高精確度的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過(guò)一定變換，產(chǎn)生同樣高穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率的技術(shù)。頻率合成理論自20世紀(jì)30年代提出以來(lái)，已取得了迅速的發(fā)展，逐漸形成了目前的4種技術(shù)：直接頻率合成技術(shù)、鎖相頻率合成技術(shù)、直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)和混合式頻率合成技術(shù)。

本文是以如何設(shè)計(jì)一個(gè)鎖相環(huán)頻率合成器為重點(diǎn)，對(duì)頻率合成器做了一下概述，主要介紹了鎖相環(huán)這一部分，同時(shí)也對(duì)鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì)及調(diào)試等方面進(jìn)行了闡述。

1總體方案設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)頻率合成的方法有多種，可用直接合成，鎖相環(huán)式，而鎖相環(huán)式的實(shí)現(xiàn)方法又有多種，例如可變晶振，也可變分頻系數(shù)M，還可以用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)等等。下面列出了幾種用鎖相法實(shí)現(xiàn)頻率合成的方案。

1.1方案一

圖1.1 方案一原理框圖

如圖2.1所示，在VCO的輸出端和鑒相器的輸入端之間的反饋回路中加入了一個(gè)÷N的可變分頻器。高穩(wěn)定度的參考振蕩器信號(hào)fR經(jīng)R次分頻后，得到頻率為fr的參考脈沖信號(hào)。同時(shí)，壓控振蕩器的輸出經(jīng)N次分頻后，得到頻率為fd的脈沖信號(hào)，兩個(gè)脈沖信號(hào)在鑒頻鑒相器進(jìn)行頻率或相位比較。當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，輸出信號(hào)頻率：fo=N*fd。只要改變分頻比N，即可實(shí)現(xiàn)輸出不同頻率的fo，從而實(shí)現(xiàn)由fr合成fo的目的。其輸出頻率點(diǎn)間隔Δf＝fr。

1.2方案二

圖1.2 方案二原理框圖

如圖2.2所示，首先由晶體振蕩器產(chǎn)生20KHZ的頻率，即fi為20KHZ。按鍵1按下時(shí)，分頻比M為1，N的值通過(guò)單片機(jī)編程預(yù)置，并可通過(guò)“N加1鍵”和“N減1鍵”作相應(yīng)改變。然后經(jīng)單片機(jī)的I/O口輸出作為1～N分頻電路的數(shù)據(jù)輸入。再經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)CC4046，因此可實(shí)現(xiàn)輸出頻率從20K～200KHZ，頻率間隔為20KHZ。M和N的值確定后，由公式f0=fi*N/M可計(jì)算出產(chǎn)生頻率的具體值。經(jīng)軟件編程計(jì)算后由單片機(jī)輸出顯示。同理，當(dāng)按鍵2按下時(shí)，由于晶振產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)了十分頻，M為10。當(dāng)按鍵3按下時(shí)，M為100，其余部分不變。通過(guò)改變M的值實(shí)現(xiàn)了三個(gè)不同的頻段和頻率間隔。

1.3方案三

如圖2.3所示，首先由三個(gè)晶體振蕩器分別產(chǎn)生20KHZ，2KHZ和200HZ的頻率，然后通過(guò)三個(gè)按鍵選擇頻率通斷，被選擇的頻率送入鎖相環(huán)輸入端作為基準(zhǔn)頻率。由此實(shí)現(xiàn)頻段的選擇。由1～N分頻電路實(shí)現(xiàn)不同的頻率間隔。可用一個(gè)十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)1～N分頻電路的數(shù)據(jù)預(yù)置。從鎖相環(huán)輸出的頻率經(jīng)數(shù)字頻率計(jì)測(cè)頻后由LED顯示。

圖1.3 方案三原理框圖

1.4方案比較

上面三個(gè)方案都是鎖相式頻率合成器，本質(zhì)上相同。只是實(shí)現(xiàn)方法上有差別。方案一采用變模分頻來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率合成。方案二用一個(gè)晶振經(jīng)兩次分頻分別作為鎖相環(huán)的輸入信號(hào)。方案三用了三個(gè)晶振。方案一從整體上看流程簡(jiǎn)單明了，思路清晰，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單。方案二用了單片機(jī)完成N分頻電路數(shù)據(jù)輸入和最后頻率的換算，并送至LED作顯示。方案三沒(méi)有使用單片機(jī)，采用十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)1～N分頻電路的數(shù)據(jù)預(yù)置。最后用了測(cè)頻電路將產(chǎn)生的頻率輸出顯示。比較之下，方案一的電路較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。方案三是直接式頻率合成器。直接模擬頻率合成器容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量以及設(shè)備量大因而體積大，價(jià)格昂貴不便于集成化是其主要缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是頻率捷變速度快，相位噪聲低。

1.5方案選擇

經(jīng)過(guò)對(duì)三個(gè)方案從各方面的比較，我選擇了第一種方案。原因是方案一相對(duì)其它兩個(gè)方案較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。方案二加入了單片機(jī)模塊，但一旦使用單片機(jī)就對(duì)整個(gè)電路的系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力要求更高，而且對(duì)程序部分也要求很高，實(shí)現(xiàn)比較困難；方案三采用直接式頻率合成器，而直接模擬頻率合成器存在產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量以及設(shè)備量大因而體積大，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，因此最終我選擇了方案一來(lái)作為本次設(shè)計(jì)的方案。

2 單元模塊設(shè)計(jì) 2.1頻率源

頻率源電路如圖2.1。

采用74LS04串聯(lián)晶體振蕩電路：

圖3.1 頻率源電路圖

反饋電阻Rf主要的作用是讓74LS04芯片的反相器靜態(tài)時(shí)工作在放大狀態(tài)，晶體和電容C構(gòu)成正反饋網(wǎng)絡(luò)。只要NOT1門(mén)或者NOT2門(mén)的輸入或者輸出電壓有微小的變化都回被晶體和電容構(gòu)成的正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋回去，進(jìn)行放大而引起振蕩。由于NOT1門(mén)和NOT2門(mén)的振蕩輸出電壓波形不是很好，要經(jīng)過(guò)NOT3門(mén)整形輸出形狀標(biāo)準(zhǔn)的方波。根據(jù)74LS04芯片的非門(mén)電壓傳輸特性，Rf在這里取值100kOhm，C=100pF，晶體的標(biāo)稱(chēng)頻率是2.000MHz。

2.2分頻器

1．二分頻

將D觸發(fā)器的Q非端和D端連接就可以構(gòu)成一個(gè)最常用的二分頻電路。

如下圖：

圖2.2 二分頻電路

2．變模多頻

將74LS161的進(jìn)位輸出端C經(jīng)過(guò)反相后接到預(yù)置端LD就可以通過(guò)進(jìn)位信號(hào)的變化來(lái)控制分頻器的模值。預(yù)置端直接接上四位撥碼開(kāi)關(guān)。TTL的芯片引腳懸空等價(jià)于高電平，所以盡可能地簡(jiǎn)便，省去了上拉電阻。

如下圖：

圖2.3 變模多頻電路

2.3環(huán)路濾波器

整個(gè)4046芯片的外圍元件并不多，關(guān)鍵的部分是環(huán)路濾波器，他的性能能決定整個(gè)鎖相環(huán)電路的工作性能。

環(huán)路濾波器可以采用：1.RC積分濾波器2.無(wú)源比例積分濾波器3.有源濾波器。從本次設(shè)計(jì)的要求來(lái)看，用無(wú)源比例積分濾波器比較簡(jiǎn)單合適。如下圖：

圖2.5 環(huán)路濾波器電路

環(huán)路濾波器的截止頻率公式：

Wc=1/［（R3+R4）C2］

環(huán)路濾波器的帶寬在1KHz左右，在這里R3=50K可調(diào)，R4=1k，C2=1uf。可以通過(guò)R3調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳鎖相性能。

2.4芯片介紹

1. 集成鎖相環(huán)HC4046

HC4046芯片是設(shè)計(jì)頻率合成器的核心。

單片集成鎖相環(huán)HC4046采用CMOS電路工藝，特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（3～18 V），輸入阻抗高（約100 MΩ），動(dòng)態(tài)功耗小。在電源電壓VDD=15 V時(shí)最高頻率可達(dá)1.2 MHz，常用在中、低頻段。HC4046內(nèi)部集成了相位比較器Ⅰ、相位比較器Ⅱ、壓控振蕩器以及線性放大器、源跟隨器、整形電路等。

相位比較器Ⅰ采用異或門(mén)結(jié)構(gòu)，使用時(shí)要求輸入信號(hào)占空比為50％。當(dāng)兩路輸入信號(hào)的高低電平相異時(shí)，輸出信號(hào)為高電平，反之，輸出信號(hào)為低電平。相位比較器Ⅰ的捕捉能力和濾波器有關(guān)，選擇合適的濾波器可以得到較寬的捕捉范圍。

相位比較器Ⅱ由一個(gè)信號(hào)的上升沿控制，他對(duì)輸入信號(hào)的占空比要求不高，允許輸入非對(duì)稱(chēng)波形，具有很寬的捕捉范圍。相位比較器Ⅱ的輸出和兩路輸入信號(hào)的頻率高低有關(guān)，當(dāng)14腳的輸入信號(hào)比3腳的比較信號(hào)頻率低時(shí)，輸出為邏輯“0”，反之則輸出邏輯“1”。如果兩信號(hào)的頻率相同而相位不同，當(dāng)輸人信號(hào)的相位滯后于比較信號(hào)時(shí)，相位比較器Ⅱ輸出的為正脈沖，當(dāng)相位超前時(shí)則輸出為負(fù)脈沖。而當(dāng)兩個(gè)輸入脈沖的頻率和相位均相同時(shí)，相位比較器Ⅱ的輸出為高阻態(tài)。

壓控振蕩器需要外接電阻R1，R2和電容C1。R1，C1是充放電元件，電阻R2起到頻率補(bǔ)償作用。VCO的振蕩頻率不僅和R1，R2以及C1的取值有關(guān)，還和電源電壓有關(guān)，電源電壓越高振蕩頻率越高。

如圖3.6為HC4046的內(nèi)部及外圍電路圖和引腳圖。其中，1腳相位輸出端，環(huán)路人鎖時(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Ⅱ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2.6 HC4046的內(nèi)部及外圍電路圖和引腳圖

2. 集成反相器74LS04

74LS04芯片是六個(gè)獨(dú)立的反相器（6個(gè)非門(mén)）。供電電壓5V，電壓范圍在4.75~5.25V內(nèi)可以正常工作。門(mén)數(shù)6，每門(mén)輸入輸出均為T(mén)TL電平（《0.8V低電平 》2v高電平），低電平輸出電流-0.4mA，高電平輸出電流8mA。每路從輸入倒相到輸出是有一定延時(shí)的（9~15ns）。其引腳圖如下：

圖2.7 74LS04引腳圖

3. 集成觸發(fā)器74LS74

74LS74芯片是雙D集成觸發(fā)器，是上升邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。表3.9為其功能表。它采用維持阻塞結(jié)構(gòu)，是上升邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，即在CP脈沖上升沿（“0→1”）觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。觸發(fā)器的次態(tài)取決于CP脈沖的上升來(lái)到之前D的狀態(tài)，即Qn+1 = D。由于電路具有維持阻塞作用，所以在CP=1 期間， D 端的狀態(tài)變化不會(huì)影響觸發(fā)器輸出的狀態(tài)。分別是直接置“0”和置“1”端。當(dāng)不需要直接置“0”和置“1”時(shí)，都應(yīng)置高電平。

其引腳圖如下：

圖2.8 74LS74引腳圖

其功能表如下：

圖2.9 74LS74功能表

4. 同步計(jì)數(shù)器74LS161

74LS161是四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器能同步并行預(yù)置數(shù)，異步清零，具有清零、置數(shù)、計(jì)數(shù)和保持四種功能，且具有進(jìn)位信號(hào)輸出端，可串接計(jì)數(shù)使用。它的引腳圖和邏輯功能表分別見(jiàn)圖3.10和表3.11。

圖2.10 74LS161引腳圖

EPETCP功能

0××××清零

10××↑預(yù)置數(shù)

1111↑計(jì)數(shù)

110××保持

11×0×保持QCC=0

表2.11 74LS161功能表

2.5鎖相環(huán)的基本組成

許多電子設(shè)備要正常工作，通常需要外部的輸入信號(hào)與內(nèi)部的振蕩信號(hào)同步，利用鎖相環(huán)路就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。

鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡(jiǎn)稱(chēng)鎖相環(huán)（PLL，Phase-Locked Loop）。

鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號(hào)控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號(hào)的頻率和相位。

因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過(guò)程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱(chēng)的由來(lái)。

鎖相環(huán)通常由鑒相器（PD，Phase Detector）、環(huán)路濾波器（LF，Loop Filter）和壓控振蕩器（VCO，Voltage Controlled Oscillator）三部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如下圖所示。

SHAPE * MERGEFORMAT

圖212 鎖相環(huán)組成的原理框圖

鎖相環(huán)中的鑒相器又稱(chēng)為相位比較器，它的作用是檢測(cè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將檢測(cè)出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)換成uD（t）電壓信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾波后形成壓控振蕩器的控制電壓uC（t），對(duì)振蕩器輸出信號(hào)的頻率實(shí)施控制。

1. 鑒相器

鑒相器（PD）是一相位比較裝置，用來(lái)檢測(cè)輸出信號(hào) 與輸入信號(hào) 之間的相位差 ，并把 轉(zhuǎn)化為電壓 輸出， 稱(chēng)為誤差電壓，通常 為一直流量或一低頻交流量。

鑒相器是鎖相環(huán)中很關(guān)鍵的一個(gè)部件，因此對(duì)鑒相器需提出一些技術(shù)要求。其主要技術(shù)指標(biāo)有：（1）鑒相特性形狀；（2）鑒相增益Kd；（3）輸入信號(hào)的漏泄；（4）工作頻率及輸入、輸出阻抗；（5）對(duì)頻率的鑒別能力。

構(gòu)成鑒相器的電路形式很多，有如下分類(lèi)：

（1）二極管平衡鑒相器

（2）異或門(mén)鑒相器

（3）電壓開(kāi)關(guān)式鑒頻鑒相器

（4）模擬乘法鑒相器

2. 環(huán)路濾波器

LF為一低通濾波電路，其作用是濾除因PD的非線性而在 中產(chǎn)生的無(wú)用的組合頻率分量及干擾，產(chǎn)生一個(gè)只反映 大小的控制信號(hào) 。它除了有低通濾波的作用外，還可借助于合理的選擇各元件參數(shù)來(lái)校正環(huán)路的功能。對(duì)環(huán)路的捕捉、穩(wěn)定，噪聲的濾除，環(huán)路帶寬等等都有關(guān)系，是一中很重要惡毒器件。

按照反饋控制原理，如果由于某種原因使VCO的頻率發(fā)生變化使得與輸入頻率不相等，這必將使 與 的相位差 ，發(fā)生變化，該相位差經(jīng)過(guò)PD轉(zhuǎn)換成誤差電壓 ，此誤差電壓經(jīng)LF濾波后得到 ，由 去改變VCO的振蕩頻率使趨近于輸入信號(hào)的頻率，最后達(dá)到相等。環(huán)路達(dá)到最后的這種狀態(tài)就稱(chēng)為鎖定狀態(tài)，當(dāng)然由于控制信號(hào)正比于相位差，即

因此在鎖定狀態(tài)， 不可能為0，換言之在鎖定狀態(tài) 與 仍存在相位差。

3. 壓控振蕩器

VCO是本控制系統(tǒng)的控制對(duì)象，被控參數(shù)通常是其振蕩頻率，控制信號(hào)為加在VCO上的電壓，故稱(chēng)為壓控振蕩器，也就是一個(gè)電壓一頻率變換器，實(shí)際上還有一種電流一頻率變換器，但習(xí)慣上仍稱(chēng)為壓控振蕩器。任何一種振蕩器，如LC振蕩器，RC振蕩器，多諧振蕩器等，均可構(gòu)成壓控振蕩器。壓控頻率特性如圖3.13所示。

圖2.13 VCO壓控頻率特性

該曲線斜率稱(chēng)壓控靈敏度或稱(chēng)調(diào)頻靈敏度記作 ，其單位為rad/s·v。VCO瞬時(shí)角頻率 與 的關(guān)系式為： = +

VCO瞬時(shí)相位為： = t +

式中：VCO固有相位為：

VCO附加相位為： =

上式表明VCO的輸出量 是輸入量 的積分式，或者說(shuō)VCO是一個(gè)積分環(huán)節(jié)。

4. 鎖相環(huán)的工作原理

相環(huán)中的鑒相器通常由模擬乘法器組成，利用模擬乘法器組成的鑒相器電路如圖3.14所示。

圖2.14 鑒相器電路

鑒相器的工作原理是：設(shè)外界輸入的信號(hào)電壓和壓控振蕩器輸出的信號(hào)電壓分別為：

式中的ω0為壓控振蕩器在輸入控制電壓為零或?yàn)橹绷麟妷簳r(shí)的振蕩角頻率，稱(chēng)為電路的固有振蕩角頻率。則模擬乘法器的輸出電壓uD為：

用低通濾波器LF將上式中的和頻分量濾掉，剩下的差頻分量作為壓控振蕩器的輸入控制電壓uC（t）。即uC（t）為：

式中的ωi為輸入信號(hào)的瞬時(shí)振蕩角頻率，θi（t）和θO（t）分別為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的瞬時(shí)位相，根據(jù)相量的關(guān)系可得瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)位相的關(guān)系為：

即

則，瞬時(shí)相位差θd為：

對(duì)兩邊求微分，可得頻差的導(dǎo)數(shù)為：

上式等于零，說(shuō)明鎖相環(huán)進(jìn)入相位鎖定的狀態(tài)，此時(shí)輸出和輸入信號(hào)的頻率和相位保持恒定不變的狀態(tài)，uc（t）為恒定值。當(dāng)上式不等于零時(shí)，說(shuō)明鎖相環(huán)的相位還未鎖定，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的頻率不等，uc（t）隨時(shí)間而變。

因壓控振蕩器的壓控特性，該特性說(shuō)明壓控振蕩器的振蕩頻率ωu以ω0為中心，隨輸入信號(hào)電壓uc（t）的變化而變化。該特性的表達(dá)式為：

上式說(shuō)明當(dāng)uc（t）隨時(shí)間而變時(shí)，壓控振蕩器的振蕩頻率ωu也隨時(shí)間而變，鎖相環(huán)進(jìn)入“頻率牽引”，自動(dòng)跟蹤捕捉輸入信號(hào)的頻率，使鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定的狀態(tài)，并保持ω0=ωi的狀態(tài)不變。

3 總體電路調(diào)試

用仿真軟件按照原理圖接好線路，給電路板接上電源，然后觀察示波器輸出，進(jìn)行調(diào)試。

3.1 VCO及頻率源部分調(diào)試

首先檢查電路，未接線之前就調(diào)好直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓：5V。

因?yàn)閂CO由PLL頻率合成器來(lái)生成信號(hào)輸出，所以PLL的絕大部分性能都是由它決定的。如果VCO未能正確地運(yùn)作，則許多性能參數(shù)都將受到影響。在調(diào)試階段的初期應(yīng)對(duì)VCO進(jìn)行測(cè)試，以確保其提供預(yù)定的頻率范圍、增益和輸出電平。如果只是想測(cè)試VCO，則需對(duì)PLL進(jìn)行修正，以取消閉環(huán)控制。“斷開(kāi)”環(huán)路的一種常用方法是使R3開(kāi)路，并在C4的兩端施加一個(gè)實(shí)驗(yàn)室電源，這樣就使得VCO調(diào)諧電壓能夠在期望的范圍內(nèi)改變。當(dāng)調(diào)諧電壓改變時(shí)，應(yīng)在一個(gè)頻率計(jì)數(shù)器（或頻譜分析儀）上監(jiān)視VCO的工作頻率。記錄若干調(diào)諧電壓設(shè)定值條件下的VCO工作頻率。

本頻率源是一個(gè)石英晶體多諧振蕩器組成的，可通過(guò)調(diào)節(jié)可變電容使74LS04內(nèi)部的反相器工作在放大區(qū)使得電路起振，這時(shí)用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試晶振兩端電壓使其達(dá)到2.5V（因?yàn)殡娫措妷菏?V）左右即表明頻率源在正常工作。

3.2 分頻器調(diào)試

PLL設(shè)計(jì)往往會(huì)忽視數(shù)字分頻器的規(guī)格。分頻器的工作狀況一般是良好的，但由于不能始終保持這種良好的工作狀態(tài)，因此PLL有時(shí)無(wú)法獲得預(yù)期的工作性能。所有的分頻器都具有針對(duì)最大輸入頻率（FMAX）和最小輸入電平的規(guī)格。在一個(gè)忽視了FMAX規(guī)格的設(shè)計(jì)中，分頻器將“丟失脈沖”。閉環(huán)隨后將檢測(cè)出VCO的頻率過(guò)低并使調(diào)諧電壓進(jìn)一步走高。分頻器將丟失更多的脈沖，而且，環(huán)路將試圖把VCO提升至一個(gè)更高的頻率上。環(huán)路將進(jìn)入一個(gè)“閉鎖”狀態(tài)，此時(shí)，VCO調(diào)諧電壓被保持在正電源電壓上。這里，在工作上容易使人產(chǎn)生誤解的問(wèn)題是反饋分頻器不僅必須對(duì)VCO的預(yù)期輸出進(jìn)行分頻，而且還必須對(duì)VCO在鎖定和解鎖條件下有可能產(chǎn)生的最高頻率進(jìn)行正確的分頻。為了使環(huán)路可靠地運(yùn)行，在啟動(dòng)或信道變更時(shí)所遇到的瞬變條件不得引發(fā)反饋極性反轉(zhuǎn)。

3.3 整體電路板調(diào)試

這是基于鎖相環(huán)的調(diào)試。可變分頻器調(diào)試完畢后接入整個(gè)電路。此時(shí)要使鎖相環(huán)上鎖，需要調(diào)節(jié)變阻器致使環(huán)路濾波器帶寬得到調(diào)節(jié)，解決失鎖現(xiàn)象等。如果電路原理及參數(shù)設(shè)置沒(méi)有錯(cuò)的話，這時(shí)將示波器接到輸出端觀察輸出波形，當(dāng)輸出的方波在1.000MHz-10.000MHz之間以1.000MHz為頻率間隔可調(diào)節(jié)地穩(wěn)定輸出時(shí)，頻率合成器才正常工作。

3.4調(diào)試結(jié)果及原因分析

（1） 經(jīng)過(guò)調(diào)試，得出波形是正弦波：

理論上，由晶振產(chǎn)生的是方波，那么最后輸出的也應(yīng)該是方波，經(jīng)過(guò)再次調(diào)試，得出是74LS161芯片的原因，產(chǎn)生頻率太高導(dǎo)致74LS161沒(méi)法正常工作，最后把原來(lái)的74LS161芯片換成HC74LS161芯片，再進(jìn)行調(diào)試，果然輸出的方波。

（2） 當(dāng)需要變換頻率時(shí)，即從1M到10M的時(shí)候，撥碼器雖按照要求撥動(dòng)了，但輸出波形的頻率并不像理論上那樣穩(wěn)定，而是會(huì)跳動(dòng)的。原因就是撥碼器沒(méi)法正常工作。撥碼器不能正常工作的原因是沒(méi)有接上拉電阻。接上上拉電阻后，撥碼器果然好用了好多。當(dāng)然波形并不是那么完美，畢竟本次頻率合成器的制作都很簡(jiǎn)單，沒(méi)有做的太復(fù)雜，而且元器件的參數(shù)也有影響。

4軟件介紹

本次設(shè)計(jì)中用到的畫(huà)圖軟件為Protel 99，Protel 99是一種很適用的畫(huà)圖軟件，下面對(duì)Protel 99做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

Protel 99采用全新的管理方式，即數(shù)據(jù)庫(kù)的管理方式。Protel 99 是在桌面環(huán)境下第一個(gè)以獨(dú)特的設(shè)計(jì)管理和團(tuán)隊(duì)合作技術(shù)為核心的全方位的印制板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。所有Protel99設(shè)計(jì)文件都被存儲(chǔ)在唯一的綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并顯示在唯一的綜合設(shè)計(jì)編輯窗口。

Protel 99軟件沿襲了Protel以前版本方便易學(xué)的特點(diǎn)，內(nèi)部界面與Protel 98大體相同，新增加了一些功能模塊。Protel公司引進(jìn)了德國(guó)INCASES公司的先進(jìn)技術(shù)，在Protel99中集成了信號(hào)完整性工具，精確的模型和板分析，幫助你在設(shè)計(jì)周期里利用信號(hào)完整性分析可獲得一次性成功和消除盲目性。Protel99容易使用的特性就是新的“這是什么” 幫助。按下任何對(duì)話框右上角的小問(wèn)號(hào)，然后選擇你所要的信息。現(xiàn)在可以很快地看到特性的功能，然后用到設(shè)計(jì)中，按下?tīng)顟B(tài)欄末端的按鈕，使用自然語(yǔ)言幫助顧問(wèn)。

所有Protel99設(shè)計(jì)文件都被儲(chǔ)存在唯一的綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并顯示在唯一的綜合設(shè)計(jì)編輯窗口。在Protel99中與設(shè)計(jì)的接口叫設(shè)計(jì)管理器。使用設(shè)計(jì)管理器，可以進(jìn)行對(duì)設(shè)計(jì)文件的管理編輯、設(shè)置設(shè)計(jì)組的訪問(wèn)權(quán)限和監(jiān)視對(duì)設(shè)計(jì)文件的訪問(wèn)。

組織設(shè)計(jì)文件過(guò)去組織和管理40個(gè)或更多的原理圖、PCB、Gerber、Drill、BOM和DRC文件，要花費(fèi)幾天的時(shí)間，而Protel99把設(shè)計(jì)文件全部?jī)?chǔ)存在唯一的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)組織按分層結(jié)構(gòu)文件夾建立的文件顯示在右邊的個(gè)人安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)有一文件夾叫設(shè)計(jì)文件，這個(gè)文件夾中是主設(shè)計(jì)文件（原理圖和PCB），還有許多的子文件夾，包括了PCB裝配文件、報(bào)告和仿真分析。這里對(duì)在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建文件夾的分層深度沒(méi)有限制。

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)存儲(chǔ)Protel設(shè)計(jì)文件沒(méi)有限制你能輸入任何類(lèi)型的設(shè)計(jì)文件進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，如在MS Word書(shū)寫(xiě)的報(bào)告、在MS Excel準(zhǔn)備的費(fèi)用清單和AutoCAD中制的機(jī)械圖。簡(jiǎn)單雙擊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的文件圖標(biāo)，在適當(dāng)?shù)木庉嬈鞔蜷_(kāi)文件，被更新的文件自動(dòng)地保存到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。MS Word和Excel文件可以在設(shè)計(jì)管理器中直接編輯。

在綜合設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中用Protel99的設(shè)計(jì)管理器管理設(shè)計(jì)文件是非常輕松的。設(shè)計(jì)管理器的工作就象MS Windows的文件管理器一樣，可用它來(lái)導(dǎo)航和組織設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)里文件。使用設(shè)計(jì)管理器在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建分層結(jié)構(gòu)的文件夾，使用標(biāo)準(zhǔn)文件操作命令來(lái)組織這些文件夾內(nèi)設(shè)計(jì)文件。

設(shè)計(jì)管理器的心臟就是左邊的導(dǎo)航面板。面板顯示的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)是大家熟悉的Protel軟件特性。在Protel99中，這個(gè)樹(shù)不僅僅顯示的是一個(gè)原理圖方案各文件間的邏輯關(guān)系，它也顯示了在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中文件的物理結(jié)構(gòu)。在導(dǎo)航樹(shù)中活躍的文件夾是PCB裝配文件夾。如同Windows文件管理器，設(shè)計(jì)管理器在右邊顯示這個(gè)文件夾的內(nèi)容。

設(shè)計(jì)管理器與Windows文件管理器的不同之處是在右邊還顯示已經(jīng)打開(kāi)的文件。

打開(kāi)文件只要在導(dǎo)航樹(shù)中單擊所要編輯的文件名，或者雙擊右邊文件夾中的圖標(biāo)。

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中打開(kāi)的各個(gè)文件用卡片分隔顯示在同一個(gè)設(shè)計(jì)編輯窗口，使得非常容易知道當(dāng)前工作到哪里，特別在大的設(shè)計(jì)中。要一起觀察不同的文件可以將設(shè)計(jì)編輯窗口拆分為多區(qū)域。

5總結(jié)

本次課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的是一款鎖相頻率合成器，其最關(guān)鍵的部分應(yīng)該鎖相環(huán)部分，最關(guān)鍵的技術(shù)當(dāng)然是鎖相技術(shù)，鎖相環(huán)里面最關(guān)鍵的環(huán)路濾波器。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)掌握了鎖相環(huán)頻率合成器的基本原理，通過(guò)分析了集成鎖相環(huán)芯片HC4046的工作特性，并從集成鎖相環(huán)芯片HC4046的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例得到很多知識(shí)。實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：晶體振蕩器產(chǎn)生一個(gè)固定頻率2M，經(jīng)2分頻作為鎖相環(huán)的一個(gè)輸入信號(hào)1MHZ，由74LS161實(shí)現(xiàn)1到10分頻作為另一個(gè)輸入信號(hào)。鎖相環(huán)在工作時(shí)其鎖定時(shí)間小于2 ms。輸出150MHz-175MHz，且頻率間隔為5kHz。其中1到10分頻是通過(guò)計(jì)數(shù)器74LS161而獲得，變換的時(shí)候可以通過(guò)撥動(dòng)撥碼器來(lái)達(dá)到自己想要的分頻率。