基于BU2614锁相环的调频发射系统Word格式.docx
- 文档编号:13734468
- 上传时间:2022-10-13
- 格式:DOCX
- 页数:45
- 大小:415.42KB
基于BU2614锁相环的调频发射系统Word格式.docx
《基于BU2614锁相环的调频发射系统Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于BU2614锁相环的调频发射系统Word格式.docx(45页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
综上所述,方案2具有更优良的物性和更简单的电路构成,所以使用方案2作为本次设计的方案。
3.2频率合成器的设计方案论证与选择
方案1:
采用直接式频率合成器技术,将一个或几个晶体振荡器产生的标准频率通过谐波发生器产生一系列频率,然后再对这些频率进行倍频、分频或混频,获得大量的离散频率。
其组成框图如3-2所示。
直接式频率合成器频率稳定度高,频率转换时间短,频率间隔小。
但系统中需要用大量的混频器、滤波器等,体积大,易产生过多杂散分量,而且成本高、安装调试都比较困难。
图3-2直接式频率合成
采用模拟锁相式频率合成器技术,通过环路分频器降频,将VCO的频率降低,与参考频率进行鉴相。
优点:
可以得到任意小的频率间隔;
鉴相器的工作频率不高,频率变化范围不大,较容易实现,带内带外噪声和锁定时间易于处理,频率稳定度与参考晶振的频率稳定度相同。
缺点是分频率的提高要通过增加循环次数来实现,电路超小型化和集成化比较复杂[2]。
方案3:
采用数字锁相环式频率合成技术,由晶振、鉴频/鉴相(FD/PD)、环路滤波器(LPF)、可变分频器(÷
N)和压控振荡器(VCO)组成。
组成框图如图5-1所示。
利用锁相环,将VCO的输出频率锁定在所需频率上。
此电路可以很好地选择所需频率信号,抑制杂散分量,并且避免了大量的滤波器,采用大规模的集成芯片,与前两种方案相比可以简化频率合成部分的设计,有利于集成化和小型化。
频率合成采用大规模集成PLL芯片BU2614,VCO选用MC1648;
综上所述,选择方案3即采用大规模PLL芯片BU2614和其他芯片构成数字锁相环式频率合成器。
4系统组成
根据要求设计信号发生器,输出信号为正弦波。
设计中采用锁相环式的频率合成技术,利用锁相环,使输出的正弦波频率与晶体振荡器的稳定度一样。
控制部分采用单片机来完成,利用数码管对频率进行显示并对频率值进行存储。
系统框图如图4-1所示
图4-1系统框图
5锁相环介绍
5.1锁相环的概念
锁相环是指使高频振荡器的频率与基准频率的整数倍频率一致时所使用的电路。
通常基准振荡器都使用晶体振荡器,所以高频振荡的频率稳定度与晶体振荡器相同。
5.2锁相环基本框图
图5-1是锁相环的基本结构图,由VCO、相位比较器、基准频率振荡器、环路滤波器所组成的。
在这里用表示基准频率振荡器频率,则表示VCO的频率。
当压控振荡器的频率由于某种原因而发生变化时,必然相应地产生相位的变化。
相位
图5-1PLL的基本结构图
的变化在鉴相器中与参考晶体振荡器的稳定相位相比较,使鉴相器输出一个与相位误差成比例的误差电压分量υC(t)。
υC(t)用来控制压控振荡器中的压控元件参数,一般指的是变容二极管,而这压控元件又是VCO振荡回路的组成部分,结果压控元件电容量的变化将VCO的输出频率又拉回稳定值来。
这样,VCO的输出频率稳定
度即由参考晶体振荡器所决定。
由频率与相位的关系可知,瞬时频率与瞬时相位的关系是:
ω(t)=(5.1)
=+(5.2)
式中的为初始相位,为瞬时频率。
由上面讨论可知加到鉴相器的两个振荡信号的频率差为:
(5.3)
为参考晶体振荡器的频率,压控荡频率。
此时的瞬时相位差为
= +(5.4)
当两个振荡器的频率相等时它们的瞬时相位差是一个常数,即:
=(5.5)
Δω(t)==0(5.6)
亦即当两个振荡频率相等时,有相位差,无频率差[3]。
5.3鉴相器的时序图
当与的关系为>
。
也就是VCO振荡频率低于时的状态。
此时相位比较器的输出PD,如图5-2所示,产生正脉冲信号,使VCO的振荡频率提高的信号。
反之,当<
是产生负脉冲。
这一PD脉波信号经过回路滤波器的积分,便可
图5-2相位/频率比较器的动作
以得到直流电压VR,可以控制VCO电路。
由于控制电压VR的变化,VCO振荡频率会提高。
结果使得=在与的相位成为一致时,PD端子会成为高阻抗状态,使PLL被锁定(Lock)。
5.4捕捉带与通频带
压控振荡器本来处于失锁状态时,由于环路的作用,使压控振荡频率逐渐向标准参考频率靠近,靠近到一定程度后,环路即能进入锁定。
这一过程叫做捕捉过程。
系统能捕捉最大的频率失谐范围称为捕捉带或捕捉范围。
当环路已锁定后,如果由于某种原因引起频率变化,这种频率变化反映为相位变化,则通过环路的作用,可使VCO的频率和相位不断跟踪变化。
这时环路即处于跟踪状态。
环路所能保持跟踪的最大失谐频带称为同步带,又称为同步范围或锁定范围。
6单元电路的设计
6.1压控振荡器
压控振荡就是在振荡电路中采用压控元件作为频率控制器件。
压控器件一般是用变容二级管,它的电容量受到输入电压的控制,当输入电压变化,就引起了起振荡频率的变化。
因此,压控振荡器事实是一种电压——频率变换器。
它的特性可用瞬时振荡频率与控制电压υC之间的关系曲线来表示,如图6-1所示。
图上的中心频率是在没有外加控制电压时的固有频率。
在一定范围内,与υC之间是线性关系。
在线性范围内,这一线性可用下列方程来表示。
(t)=+KrυC(t)(6.1)
Kr是特性曲线的斜率,称为VCO的增益或灵敏度,量纲为rad/s.V,它表示单位电压所引起的振荡角频率变化的大小。
图6-1压控振荡器的特性曲线
6.1.1压控振荡器MC1648
MC1648是一个8引线双列直插的器件,内部电路图如图6-2所示。
压控振荡电路由芯片内部Q8、Q5、Q4、Q1、Q7和Q6,10脚和12脚外接LC谐振回路组成正反馈的正弦振荡电路[4],其振荡频率:
(6.2)
(6.3)
、分别为电感、电容大小,为变容二极管的电容量。
图6-2MC1648内部原理图
6.1.2压控振荡电路设计
图6-3为压控振荡电路图。
压控振荡器主要由压控振荡芯片MC1648和变容二
图6-3压控振荡电路
极管MV209以及谐振回路构成。
MC1648需要外接一个由电感和电容组成的并联谐振回路[5]。
为达到最佳工作性能,在工作频率要求并联谐振回路的QL≥100。
电源采用+5V的电压,振荡器的输出频率随加在变容二极管上的电压大小变化而变化。
通过切换电源来切换电感量,从而改变振荡频率。
6.1.3变容二级管与开关二级管切换电路
⑴变容二极管
变容二级管是一种特制的二级管,它的PN结电容变化范围比较大,正常工作时,变容二级管加反相电压,在其PN结上产生电荷存储,于是相当于一个电容,当反向电压改变时,变容二级管的结电容也发生相应的变化[6]。
变容二级管的结电容CVD和外加反向偏压UR的关系可用下式表示。
UR是加在变容二极管的反向电压,CVD0为UR=0时的结电容U0是接触电位差;
n是电容变化系数。
⑵电感切换电路
为了扩大频率的带宽,通过切换电源来切换电感。
图6-4是开关二级管切换频段电路图。
当开S连接+5V时,开关二级管VD2截止,电感L1和L2相加,电感量较大,对应于低频段VL;
当S接向地时,VD2导通,L2被大电容2000pF短接,电感只剩下L1,电感量较小,对应于高频段[7]。
图6-4电感切换电路
6.2锁相环式频率合成器的设计
6.2.1BU2614的管脚图与内部组成
BU2614为16管脚芯片,其管脚图如图6-5所示。
管脚Xout与Xin为外接晶振管脚,一般接75KHz晶体,主要产生标准频率和时钟信号;
CE、CLK和DA端分别为使能、时钟和数据输入端,PD为相位比较输出。
图6-5BU2614管脚图
BU2614是一种串行码输入的锁相频率合成器,它采用标准的I2C总路线结构,可以工作在整个FM波段,具有低噪声、低功耗、高灵敏度的特点,并具有中频检测功能。
BU2614内部主要有相位比较器PD、可编程分频器、参考分频器、高稳定晶体振荡器及内部控制器组成。
当单片机对BU2614送入一组数据,BU2614把接收到的数据与接收的信号频率进行比较后输出一个PD,该PD信号通过外部环路低通滤波后加在VCO上,通过VD的不断调整使VCO振荡频率锁定在与单片机送入数据相对应的频率上,实现频率锁定。
在内部结构中,移位锁存器作用是把单片机送来的32位串行数据送入锁存器后进行串并转换,其中16位控制可编程分频器,3位控制参考分频器,其余为内部控制字。
可编程分频器按照16位数据的控制要求,把focs振荡频率信号经过参考分频之后的频率信号fd与fr在PD中进行比较,当fd不等于fr时由PD输出电压VD控制VCO,使focs稳定在确定频率上。
参考分频器通过状态字中R0、R1、R2三位数据把高稳定度振荡器产生的75kHz标准频率进行分频。
可输出4个固定频率fr。
PD把fr和fd进行鉴相比较,PD的输出为高电平,低电平及高阻三态输出,通过外部LF实现锁相。
6.2.2输入、输出数据形式
BU2614的串行数据输入靠CE、CLK和DA三个端子完成。
时钟信号、数据信号和使能信号逻辑关系如图6-6所示。
其中T1应大于15μs,T2大于2μs,时钟宽度应大于1μs。
数据和状态字共32位,从低位到高位依次排列为:
D0、D1……D15、
图6-6CLK、DATA、CE的逻辑关系
P0、P1、P2、*、*、*、*、CT、R0、R1、R2、S、PS、*、GT、TS。
其中D0到D15、表示可变分频比的16位二进制数;
*表示与控制不相关的位,可为1或0;
参考分频器产生的标准频率由R0、R1、R2三位数据控制,控制关系如表6-1所示。
表6-1R0、R1、R2与标准频率的关系
R0
R1
R2
标准频率
0
25KHz
1
1
3.25KHz
6.25KHz
1KHz
1
*PLL关闭
P0、P1、P2为输出口控制数据,可使输出通道打开或关闭。
置0时为通道打开。
S和PS可用于收音机中FM和AM的选择。
数据输出由CD端输出,此时CLK、CD与CE的逻辑关系与数据输入类似,只不过CE要求为低电平。
CT、GT等用于频率测量与计数的控制。
6.2.3BU2614的外围电路工作原理
图6-7锁相环控制电路图
BU2614的外围电路如图6-7所示。
5脚接收单片机的串行数据,该数据为12脚
反馈频率FMOSC提供分频系数N,内部标准频率由串行数据位中的R0、R1、R2的取直确定。
该设计选择R0、R1、R2为000或110。
当频率在25MHz到54MHz之间选择标准频率为1KHz,也就是R0、R1、R2为1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 BU2614 锁相环 调频 发射 系统