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东处丈曇秦皇鳥今嘰电&信息索综合课程设计频率合成器的设计与仿真专业名称 电子信息工程班级学号学生姓名指导教师设计时间课程设计任务书专业:电子信息工程学号: 学生姓名(签名):设计题目:频率合成器一、 设计实验条件通信实验室二、 设计任务及要求完成频率合成计的设计与仿真三、 设计报告的内容设计题目与设计任务(设计任务书)前言(绪论)(设计的目的、意义等)设计主体(各部分设计内容、分析、结论等)结束语(设计的收获、体会等)参考资料四、 设计时间与安排1、 设计时间: 2周2、 设计时间安排:熟悉实验设备、收集资料:5天设计图纸、实验、计算、程序编写调试: 3天编写课程设计报告:2天答辩:1天刖吕现代通信系统小,为确保通信的稳定与可靠,,要求信号的频率越來越准确和越来越稳定,一般的振荡器已不能满足系统设计的要求。晶体振荡器的高准确度和高稳定度早已被人们认识,成为各种电子系统的必选部件。但是晶体振荡器的频率变化范围很小,其频率值不高,很难满足通信、雷达、测控、仪器仪表等电子系统的需求,在这些应用领域,往往需要在i个频率范围内提供一系列高准确度和高稳定度的频率源,这就需要应用频率合成技术來满足这一需求。木次实验利用SystemView实现通信系统小锁相频率合成器的仿真,并对结果进行了分析。一、频率合成器简介频率合成是指以一个或少量的高准确度和高稳定度的标准频率作为参考频率,由此导出多个或大量的输出频率,这些输出频率的准确度与稳定度与参考频率是一致的。用来产生这些频率的部件就成为频率合成器或频率综合器。频率合成器通过一个或多个标准频率产生大量的输出频率,它是通过对标准频率在频域进行加、减、乘、除来实现的,可以用混频、倍频和分频等电路來实现。其主要技术指标包括频率范围、频率间隔、准确度、频率稳定度、频率纯度以及体积、重量、功能和成本。频率合成器的合成方法有直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法。直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波,从单一或儿个参数频率屮产生多个所需的频率。该方法频率转换时间快(小于100ns),但是体积大、功耗大,成本高,ri前已基本不被采用。锁相频率合成器通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算,其结构是一种闭环系统。其主要优势在于结构简化、便于集成,且频率纯度高,FI前广泛应用于各种电子系统。直接式频率合成器屮所固有的那些缺点,在锁相频率合成器屮大大减少。本次实验设计的是锁相频率合成器。二、,导出了环路的相位模型和基木方程,概述了环路的工作过程,(PLL)是一个相位跟踪系统。最基本的锁相环方框图如图1所示。它包括三个基本部件,鉴相器(PD)环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)图1锁相环的基木构成设参考信号uf\t)=Ursin[^/+6>r(Z)] (1)式屮Ur为参考信号的幅度g为参考信号的载波角频率&r(t)为参考信号以其载波相位COrt为参考吋的瞬吋相位若参考信号是未调载波吋,则er(t)=e!=常数。设输出信号为 ©(/)=匕COS[0/+&o(7)] ⑵式屮U。为输出信号的振幅,CD0为压控振荡器的自由振荡角频率9o⑴为参考信号以其载波相位coot为参考吋的瞬时相位,在VCO未受控制它是常数,受控Z后他是时间函数。则两信号Z间的瞬时相位差为0(/)=(©(()+0)-(“0+&o(f))=(©-^o)z+0一&0(,) ⑶由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬吋频差为d&oQ)dt姐⑴dt鉴相器是相位比较器,它把输出信号u°(t)和参考信号比⑴的相位进行比较,产生对应于两信号相位差ec⑴的误差电丿玉血⑴。环路滤波器的作用是滤除误差电压ud(t)«P的高频成分和噪声,以保证环路所要求的性能,提高系统的稳定性。压控振荡器受控制电斥%(t)的控制,Uc⑴使压控振荡器的频率向参考信号的频率靠近,于是两者频率Z差越来越小,直至频差消除而被锁定。因此,锁相环的工作原理可简述如下:首先,鉴相器把输出信号比⑴和参考信号g(t)的相位进行比较,产生一个反应两信号的相位差Oc(t)大小的误差电压闕⑴,Ud(t)经过环路滤波器的过滤得到控制电Uc(t)o氐⑴调整VCO的频率向参考信号的频率靠拢,直至最后两者频率和等而和位同步实现锁定。锁定后两信号之问的相位差表现为一固定的稳态值。即此吋,输出信号的频率已偏离了原来的自由频率30[控制电压Uc(t)=O吋的频率],其偏移量由式(4)和式(5)得到为0(,)dt这时输出信号的工作频率已变为丁(则+0c(t))=©)+at心)dt由此可见,通过锁相环路的相位跟踪作用,最终可以实现输出信号与参考信号同步,