锁相环式频率合成器设计【字数：7984】
摘 要现代通信设备最重要的部件之一就是频率合成器，它可以为通信设备提供带有高频率稳定度和准确度的本振信号以及载波信号。锁相式频率合成器是频率合成器的主流。锁相环频率合成器虽然相对于其它类型的频率合成器具有一些缺点，但是因为它具有低噪声、耗能小、高性能等优势，在现代通信领域被广泛应用。在对各类频率合成器进行调研的基础上，本文主要探讨了锁相环频率合成器，以MC145151-2为载体，完成了关于锁相环频率合成器的方案设计及仿真。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2国内外发展状况 1
1.3研究的内容 2
第二章 频率合成器基本原理‘ 3
2.1频率合成器的概念 3
2.2频率合成器主要指标 3
2.3频率合成的基本方法 4
第三章 锁相环基本原理 6
3.1锁相环的基本特性 6
3.2锁相环的基本结构 6
3.3锁相环工作过程的定性分析 8
第四章 锁相环频率合成器设计与仿真 9
4.1锁相环频率合成器设计 9
4.2仿真模块建立 10
4.3实验结果分析 11
4.4仿真及实验过程要注意的问题 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
随着科技的深入发展，通信技术也日渐成熟起来。它广泛应用在载人航天、电子测量、无线通信等方面。通信技术的普遍应用使传输信道变得越来越拥挤，通信频谱的紧张让电子设备之间会产生相互干扰，造成通信质量因此而严重降低。为了信息能够高频率的传播，需要用到频率合成技术。因为频率合成技术能产生大量高稳定度的信号，可以保证信号能够准确传输到设备中。
频率合成技术最早应用在实际领域中的是直接频率合成技术。但是这项技术不仅过程繁杂，且费用太过昂贵，不适合大规模推广应用，最重要的是它只能达到低质量的频谱纯度。在这之后又研制出了更好的锁相式频率合成技术。随着时间的推移，锁相式频率合成技术也越来越成熟。但是人类并不满足仅有的技术，又开始对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
新技术进行不断探索。与此同时，人们在微电子和数字集成电路领域有了新的发展。由于新技术的突破，诞生了直接数字式频率合成技术。20世纪末期，频率合成技术走向成熟。
当前，频率合成器主要向智能化，微型化等领域发展。这些技术的发展主要是为了提升产品的性能，减少它的费用和能耗。
1.2国内外发展状况
频率合成技术是21世纪的通信领域实现高指标的重要技术。因为新兴技术的不断崛起，让DDS迅猛发展，在其领域内掀起了一场巨大的变革。现在的频率合成器突破了以前的许多障碍，具有高度的频率分辨率，宽阔的带宽和快速的频率捷变。频率合成器是通信系统的一个重要部件。一直以来，人类对它的研究从未停止。频率合成器经过长久的发展已经形成了锁相式、数字式和多环式等种类繁杂的合成器。锁相环式频率合成器作为其主流形式，在通信领域起着不可缺少的作用。
当前，很多世界名校和研究机构都在研究它，希望能够在结构和性能上有新的突破，创造出新型的锁相环式频率合成器。当然，并不是所有的公司都在研究新型的锁相环式频率合成器，比如IC 设计公司就主要是对成熟的锁相环式频率合成器进行改善。
由于国家的政策的支持，国内的一些公司和机构对高性能频率合成器的相关研究投入了大量的时间和金钱，且资金比重每年都在上升。因此在科研人员的努力下，频率合成技术的应用越来越成熟。目前，通信系统研究的热点主要是性能高、成本低、耗能小的频率合成器。
1.3研究的内容
频率合成器是现代通信系统的重要组成部分，主要在电子测量、导航等领域中使用。因为频率合成技术的普及，所以市场了出现了各种类型的频率合成器。在对各类频率合成器进行调研的基础上，本文主要探讨了锁相环式频率合成器，以MC1451512为载体，完成了关于锁相环式频率合成器的方案设计及仿真。
第二章 频率合成器基本原理
2.1频率合成器的概念
要想知道什么是频率合成器，首先要了解频率合成技术。频率合成技术是利用单个或多个的高稳定度的晶体振荡器产生一系列等间隔的、离散的、高稳定度频率的一项技术，其离散频率的精确度和稳定度与晶体振荡器产生的标准频率是相同的。
那么什么是频率合成器呢？顾名思义，它是用来对频率合成进行实现的电路系统。每个电子系统的频率性能高低是由频率合成器决定的，它能够对电子系统性能的高低造成直接的影响。
随着频率合成器的不断发展，市场上出现了DDS和PLL组成的新型频率合成器。这种新型频率合成器不仅能将两种频率合成器的缺点互补，而且还有频率分辨率高、转换时间快的特点。它在最大程度上能满足电子系统对频率源的要求，是一种非常实用的频率合成器。新型频率合成器因为性能优越，成本低，容易实现系列化，所以逐渐被应用在各个领域中。
2.2频率合成器主要指标
因为频率合成器在不同的设备中有不同的功能，所以每个频率合成器的性能指标各不相同。它的技术指标主要有频率范围、输出频率间隔、频率准确度、频率稳定度、换频时间和频谱纯度这六项。这些技术指标决定了它的的大小、功耗和成本等。
（1）频率范围
即指频率合成器能够输出的最高工作频率、最低工作频率及它们之间的范围。
（2）输出频率间隔
它又称频率分辨率，是指输出的两个相邻频率之差。在通信系统中，要求频段内的通信数量越多越好，因此频率分辨率能够越小越好。频率合成器的应用多种多样，每一种应用对其分辨率都有不同的标准。
频率合成器的分辨率随着需要会达到kHz级或MHz级。因为工作时的频率合成器每种频率信号不可以都存在，所以在特定的时刻下，它只可以输出一个频率信号，不能够输出多个频率信号。
（3）频率准确度
即指频率合成器的实际输出频率与标称频率值的差异程度。频率的准确度是永远无法达不到100%的，但它能说明系统的性能高低。频率的准确度是用幅度或者频率调制的方式存在于单个频率的带宽里。
(4) 频率稳定度
它指频率合成器在固定的时间范围内输出频率的变化程度。频率合成器的工作效率高不高，从频率稳定度可以看出。频率合成器的最主要的性能指标就是频率稳定度。我们可以将频率稳定度分为三类，分别是瞬时频率稳定度，短期频率稳定度，长期频率稳定度。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2国内外发展状况 1
1.3研究的内容 2
第二章 频率合成器基本原理‘ 3
2.1频率合成器的概念 3
2.2频率合成器主要指标 3
2.3频率合成的基本方法 4
第三章 锁相环基本原理 6
3.1锁相环的基本特性 6
3.2锁相环的基本结构 6
3.3锁相环工作过程的定性分析 8
第四章 锁相环频率合成器设计与仿真 9
4.1锁相环频率合成器设计 9
4.2仿真模块建立 10
4.3实验结果分析 11
4.4仿真及实验过程要注意的问题 12
结束语 13
致 谢 14
参考文献 15
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
随着科技的深入发展，通信技术也日渐成熟起来。它广泛应用在载人航天、电子测量、无线通信等方面。通信技术的普遍应用使传输信道变得越来越拥挤，通信频谱的紧张让电子设备之间会产生相互干扰，造成通信质量因此而严重降低。为了信息能够高频率的传播，需要用到频率合成技术。因为频率合成技术能产生大量高稳定度的信号，可以保证信号能够准确传输到设备中。
频率合成技术最早应用在实际领域中的是直接频率合成技术。但是这项技术不仅过程繁杂，且费用太过昂贵，不适合大规模推广应用，最重要的是它只能达到低质量的频谱纯度。在这之后又研制出了更好的锁相式频率合成技术。随着时间的推移，锁相式频率合成技术也越来越成熟。但是人类并不满足仅有的技术，又开始对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
新技术进行不断探索。与此同时，人们在微电子和数字集成电路领域有了新的发展。由于新技术的突破，诞生了直接数字式频率合成技术。20世纪末期，频率合成技术走向成熟。
当前，频率合成器主要向智能化，微型化等领域发展。这些技术的发展主要是为了提升产品的性能，减少它的费用和能耗。
1.2国内外发展状况
频率合成技术是21世纪的通信领域实现高指标的重要技术。因为新兴技术的不断崛起，让DDS迅猛发展，在其领域内掀起了一场巨大的变革。现在的频率合成器突破了以前的许多障碍，具有高度的频率分辨率，宽阔的带宽和快速的频率捷变。频率合成器是通信系统的一个重要部件。一直以来，人类对它的研究从未停止。频率合成器经过长久的发展已经形成了锁相式、数字式和多环式等种类繁杂的合成器。锁相环式频率合成器作为其主流形式，在通信领域起着不可缺少的作用。
当前，很多世界名校和研究机构都在研究它，希望能够在结构和性能上有新的突破，创造出新型的锁相环式频率合成器。当然，并不是所有的公司都在研究新型的锁相环式频率合成器，比如IC 设计公司就主要是对成熟的锁相环式频率合成器进行改善。
由于国家的政策的支持，国内的一些公司和机构对高性能频率合成器的相关研究投入了大量的时间和金钱，且资金比重每年都在上升。因此在科研人员的努力下，频率合成技术的应用越来越成熟。目前，通信系统研究的热点主要是性能高、成本低、耗能小的频率合成器。
1.3研究的内容
频率合成器是现代通信系统的重要组成部分，主要在电子测量、导航等领域中使用。因为频率合成技术的普及，所以市场了出现了各种类型的频率合成器。在对各类频率合成器进行调研的基础上，本文主要探讨了锁相环式频率合成器，以MC1451512为载体，完成了关于锁相环式频率合成器的方案设计及仿真。
第二章 频率合成器基本原理
2.1频率合成器的概念
要想知道什么是频率合成器，首先要了解频率合成技术。频率合成技术是利用单个或多个的高稳定度的晶体振荡器产生一系列等间隔的、离散的、高稳定度频率的一项技术，其离散频率的精确度和稳定度与晶体振荡器产生的标准频率是相同的。
那么什么是频率合成器呢？顾名思义，它是用来对频率合成进行实现的电路系统。每个电子系统的频率性能高低是由频率合成器决定的，它能够对电子系统性能的高低造成直接的影响。
随着频率合成器的不断发展，市场上出现了DDS和PLL组成的新型频率合成器。这种新型频率合成器不仅能将两种频率合成器的缺点互补，而且还有频率分辨率高、转换时间快的特点。它在最大程度上能满足电子系统对频率源的要求，是一种非常实用的频率合成器。新型频率合成器因为性能优越，成本低，容易实现系列化，所以逐渐被应用在各个领域中。
2.2频率合成器主要指标
因为频率合成器在不同的设备中有不同的功能，所以每个频率合成器的性能指标各不相同。它的技术指标主要有频率范围、输出频率间隔、频率准确度、频率稳定度、换频时间和频谱纯度这六项。这些技术指标决定了它的的大小、功耗和成本等。
（1）频率范围
即指频率合成器能够输出的最高工作频率、最低工作频率及它们之间的范围。
（2）输出频率间隔
它又称频率分辨率，是指输出的两个相邻频率之差。在通信系统中，要求频段内的通信数量越多越好，因此频率分辨率能够越小越好。频率合成器的应用多种多样，每一种应用对其分辨率都有不同的标准。
频率合成器的分辨率随着需要会达到kHz级或MHz级。因为工作时的频率合成器每种频率信号不可以都存在，所以在特定的时刻下，它只可以输出一个频率信号，不能够输出多个频率信号。
（3）频率准确度
即指频率合成器的实际输出频率与标称频率值的差异程度。频率的准确度是永远无法达不到100%的，但它能说明系统的性能高低。频率的准确度是用幅度或者频率调制的方式存在于单个频率的带宽里。
(4) 频率稳定度
它指频率合成器在固定的时间范围内输出频率的变化程度。频率合成器的工作效率高不高，从频率稳定度可以看出。频率合成器的最主要的性能指标就是频率稳定度。我们可以将频率稳定度分为三类，分别是瞬时频率稳定度，短期频率稳定度，长期频率稳定度。
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