创新学分鉴相器的设计08042118王汉文Word下载.docx

1、鉴相器是锁相环重要的组成部分，鉴相器是一个相位比较装置，又称为相位比较器。用于检测输入参考信号相位1（t）与反馈的振荡信号的相位2（t）之间的相位之差e（t）。它的输出误差电压vd（t）是vi（t）与vo（t） 的瞬时相位之差的函数。鉴相器可以分为模拟鉴相器和数字鉴相器两种，此次课程设计做的是数字鉴相器。关键字：锁相环 数字鉴相器 相位比较 一、绪论随着信息时代的发展，人们对信息对需求量越来越大在，对信息的质量要求也越来越高，高频由于其频率高，携带的信息量多，易于传输，在各个方面的应用越来越广泛，也越来越引起人们的重视。在信息技术不断发展的今天，人类已经进入社会网络化、网络互动化的时代。高频电

2、子线路是无线电技术类各专业的一门主要基础课，它的任务是研究高频电子线路的基本原理与基本分析方法，以单元电路的分析和设计为主。无论有线通信或无线通信，其本质都是利用电磁波来传递信息的通信，在空间每时每刻都同时存在着不同频率、不同强度的电磁波。能将天线送来的信号加以选择、放大、变换，以获得所需信息的设备叫做接收设备，即无线接收机。本课程设计就是对锁相环的关键部分鉴相器的设计。二、 设计任务与要求鉴相器为PLL重要组成部分，是一个相位比较器，设计其输入为DDS输出信号和VCO反馈信号，用于检测输入参考信号相位1（t）与反馈的振荡信号的相位2（t）之间的相位之差e（t）。三、设计方案1、 模拟鉴相器；

3、图3-1a.vd（t）=AD1sine（t）b.AD为鉴相特性斜率或称鉴相增益或称鉴相灵敏度,量纲为（V/rad）c.|e（t）|30o,则鉴相器等效一个相位减法器,其极性代表vi超前vo或滞后vo（指同频时,并不考虑它们固定/2相位差）d.当t0,i0,vd为vi与vo差拍电压,vd为交流电压,则意味环路失锁。5，当t=0, =i-r为vi与vo的固有频差（或起始频差） e.当t,i=0 Vd为直流电压,则意味环路锁定。2.数字鉴相器：图3-23.比较数字与模拟鉴相器 模拟鉴相器的两个输入的正弦信号的和与差分别加于检波二极管，检波后的电位差即为鉴相器的输出电压。其鉴相特性通常为余弦型的。数字

4、鉴相器。两个输入信号是脉冲序列，其前沿（或后沿）分别代表各自的相位。比较这两个脉冲序列的频率和相位即可得到与相位差有关的输出。这种鉴相器的鉴相特性为锯齿形。因它兼具鉴频作用，故称鉴频鉴相器，考虑到实验的复杂性及方便性故采用数字鉴相器。 四、 设计原理鉴相器是相位比较装置,它对基准信号f1与VCO产生的信号f2进行相位比较,输出反映两信号相位误差的误差电压,它的输出误差电压vd（t）是vi（t）与vo（t） 的瞬时相位之差的函数。图4-1内部采用的芯片是ADF41系列，ADF4113简介：ADF4113是一种直接数字式频率合成器，它的最高工作频率为3.0GHz，工作电压为2.75.5V，可用于无

5、线电基站设备、无线手提终端和信号检测设备等，它的外部引脚如图2所示。图4-2 ADF4113的外部引脚1、 工作原理ADF4113从外部输入的信号只有标准频率源信号和控制信号。标准频率源信号经过耦合电路输入到ADF4113后，经14位的R分频器得到鉴相基准频率送鉴相器。单控制信号由时钟信号CLK、数据信号DATA和使能信号LE组成。在时钟信号的控制下，由串行口输入24位数据信号，暂时存放在24位输入寄存器中。在接收到使能信号后，先前输入的24位数据根据地址位到达对应的锁存器。当ADF4113接收到反馈回来的输出频率后，首先通过预引比例因子P，经A、B分频器，得到分频以后的反馈信号，输入到锁相器

6、。与分频以后的标准频率源信号在鉴相器中比较，输出低频控制信号以控制外部VCO的频率，使其锁定在参考频率的稳定度上。2、 控制字ADF4113的分频比N通过设置预引比例因子P和A、B分频器实现，算法为N=BP+A。参考频率通过R分频器分频得到适合鉴相器的输入，因此有fVCOPB+AfREFINR。A分频器、B分频器和R分频器分别为6位、13位和14位，其数值通过写相应的控制寄存器实现。ADF4113内部有四个24位控制字寄存器, 分别为R分频器控制字、N分频器、初始化寄存器和功能寄存器。R控制字包括地址控制位、14位R分频器的数值设置位、脉冲宽度控制位、模式测试位、锁定精度选择位、方式选择位和保

7、留位。N分频器控制字包括地址控制位、6位A分频器的数值设置位、13位B分频器的数值设置位、输出位增益控制位和保留位。初始化寄存器控制字包括地址控制位、分频器设置位、电源设置位、MUXOUT输出端控制位、PD极性设置位、输出端是否为三态输出设置位、快速锁定设置位、定时器设置位、当前状态选定设置位，以及预引比例因子设置位。功能寄存器与初始化寄存器控制字基本相同，只是低两位地址控制位不同。五、主要性能可用于无线射频通信系统基站、手机、通信检测设备及设备中，其主要性能特点如下：工作电压：，同时还提供外部可调的电荷泵电压调节功能；最高鉴相芯片，最高输入频率达；具有四组可编程双模分频器、；内置可编程电荷泵

8、电流和可编程反冲（）脉宽功能；编程控制采用线串行接口；能够进行模拟和数字锁定检测；软硬件断电模式；具有良好的相位噪声参数，鉴相频率为 时，相噪基底为；输出 时，相噪可达；输出时相噪为 ；鉴相频率、输出时相噪为 。图5-1 图5-1所示为的原理框图，它由一个低噪声数字鉴相器、一个高精度电荷泵、一个可编程参考分频器（分频器）、一个可编程、计数器以及一个双模分频器（）组成。位计数器、位计数器与双模分频器（）共同组成了分频器，分频比。只需外加一个环路滤波器和压控振荡器（），就可以构成一个完整的锁相环电路。输出频率为：（），其中，为参考频率，频率步进等于。 六、引脚功能有和两种封装形式，引脚排列如图所示。各引脚功能如下：用来设置最大电荷泵输出电流，外接一个电阻并连接至，换算关系为：（）；：电荷泵输出，接环路滤波器；：电荷泵地；：模拟地；：互补输入，一般接一个的去耦电容；：输入（来自的信号耦合输入）；：模拟电源，电压范围为：；去耦电容应尽量靠近该引脚；必须和一致；