1、8.2 集成鎖相環芯片集成鎖相環芯片 集成鎖相環芯片類型較多，現介紹集成鎖相環芯片類型較多，現介紹CC4046(或或CD4046)和和J691以及以及NE564集成鎖集成鎖相環。相環。 一、一、CC4046集成鎖相環芯片集成鎖相環芯片 CC4046和和J691均為均為CMOS單片鎖相環路，單片鎖相環路，工作頻率工作頻率1MHz，其邏輯結構和引出端功能其邏輯結構和引出端功能完全相同，僅電參數略有差異。完全相同，僅電參數略有差異。1. CC4046邏輯圖和引出端功能圖邏輯圖和引出端功能圖圖圖8-10 8-10 CC4046集成鎖相環集成鎖相環2. 2. 使用說明使用說明 CC4046CC4046、

2、J691J691包含相位比較器、壓包含相位比較器、壓控振蕩器兩部分，控振蕩器兩部分，工作頻率工作頻率1MHz,1MHz,使用時使用時需外接低通濾波器（阻、容元件）需外接低通濾波器（阻、容元件）形成形成完整的鎖相環完整的鎖相環。 1 1）壓控振蕩器）壓控振蕩器（VCO） VCO部分需要一個外接電容和外接電阻部分需要一個外接電容和外接電阻（R1或或R1和和R2），電阻和電容決定），電阻和電容決定VCO的頻的頻率范圍，率范圍，電阻電阻R2可以使可以使VCO的頻率得到補償。的頻率得到補償。源極跟隨器在（源極跟隨器在（1010）端輸出）端輸出VCO的的輸入電壓輸入電壓（解調輸出）。（解調輸出）。如果使用

3、這一端時，應從如果使用這一端時，應從（1010）端到）端到VSS外接一個電阻作為負載。如外接一個電阻作為負載。如果不使用這個端子，可以允許斷開。果不使用這個端子，可以允許斷開。VCO輸輸出既可以直接與相位比較器連接，也可以通出既可以直接與相位比較器連接，也可以通過分頻器連接到相位比較器的輸入端。過分頻器連接到相位比較器的輸入端。2)2)相位比較器相位比較器 (1)(1)相位比較器相位比較器是異或門，使用時，要是異或門，使用時，要求輸入信號的占空比為求輸入信號的占空比為50%.50%. 當輸入端無信號時當輸入端無信號時, ,只有只有VCO信號，信號，相位比較器相位比較器輸出輸出1/2 1/2 V

4、DD電壓，從而電壓，從而引起引起VCO在中心頻率處振蕩。相位比較在中心頻率處振蕩。相位比較器器的捕捉范圍取決于低通濾波器的特的捕捉范圍取決于低通濾波器的特性。適當選擇低通濾波器可以得到大的性。適當選擇低通濾波器可以得到大的捕捉范圍。圖捕捉范圍。圖8-128-12為鎖定時的波形。為鎖定時的波形。圖圖8-12 8-12 鎖定時的波形鎖定時的波形 (2)(2)相位比較器相位比較器為四組邊沿觸發器。為四組邊沿觸發器。 其相位脈沖輸出（其相位脈沖輸出（1 1端）表示輸入信號端）表示輸入信號與比較器輸入信號的相位差。與比較器輸入信號的相位差。 因為這種相位比較器只是在輸入信號的因為這種相位比較器只是在輸入

5、信號的上升沿起作用，所以不要求波形占空比為上升沿起作用，所以不要求波形占空比為50%50%。 二、NE564集成鎖相環芯片集成鎖相環芯片 NE564的工作頻率可達的工作頻率可達50MHz，VCO采用射極耦合多諧振蕩器。采用射極耦合多諧振蕩器。它是一種更適它是一種更適宜于用作調頻和頻移鍵控信號解調器的通宜于用作調頻和頻移鍵控信號解調器的通用器件，用器件，它的引出端功能圖和組成方框圖它的引出端功能圖和組成方框圖如圖如圖8-138-13所示。所示。圖圖8-138-13 NE564 的引出端功能圖和組成方框圖的引出端功能圖和組成方框圖一、在調制解調技術中的應用一、在調制解調技術中的應用 1 1鎖相調頻

6、電路鎖相調頻電路 2 2鎖相鑒頻電路鎖相鑒頻電路二、在空間技術上的應用二、在空間技術上的應用 三、在穩頻技術中的應用三、在穩頻技術中的應用 1 1用于振蕩器的穩定與提純。用于振蕩器的穩定與提純。 2 2頻率合成器頻率合成器8.3 8.3 鎖相環路的應用鎖相環路的應用 鎖相環路之所以廣泛應用于電子技術的鎖相環路之所以廣泛應用于電子技術的各個領域，是由于它具有一些特殊的性能。各個領域，是由于它具有一些特殊的性能。 1 1）良好的跟蹤特性）良好的跟蹤特性 鎖相環路的輸出信號頻率可以精確地跟鎖相環路的輸出信號頻率可以精確地跟蹤輸入蹤輸入 參考信號頻率的變化。參考信號頻率的變化。 2 2）良好的窄帶濾波

7、特性）良好的窄帶濾波特性 由于良好的跟蹤特性，也由于由于良好的跟蹤特性，也由于環路濾波環路濾波器低通特性對快速變化信號的抑制作用器低通特性對快速變化信號的抑制作用, 從而減少了對后級壓控振蕩器的干擾作用。從而減少了對后級壓控振蕩器的干擾作用。所所以，環路相當于一個窄帶的高頻以，環路相當于一個窄帶的高頻帶通濾波器，帶通濾波器，（如在數百兆赫茲的中心頻率上，帶寬可做到如在數百兆赫茲的中心頻率上，帶寬可做到幾赫茲）。幾赫茲）。 不僅如此，不僅如此，還可以通過改變環路濾波器的還可以通過改變環路濾波器的參數和環路增益來改變帶寬，參數和環路增益來改變帶寬，作為性能優良的作為性能優良的跟蹤濾波器，用以接收信

8、噪比低、載頻漂移大跟蹤濾波器，用以接收信噪比低、載頻漂移大的空間信號。的空間信號。3 3）良好的門限特性）良好的門限特性 在調頻通信中，在調頻通信中，若使用普通鑒頻器，由若使用普通鑒頻器，由于該鑒頻器是一個非線性器件，信號與噪聲于該鑒頻器是一個非線性器件，信號與噪聲通過非線性相互作用，噪聲會對信號產生較通過非線性相互作用，噪聲會對信號產生較大的抑制，使輸出信噪比急劇下降，即出現大的抑制，使輸出信噪比急劇下降，即出現了門限效應。了門限效應。鎖相環路用作鑒頻器時也有門鎖相環路用作鑒頻器時也有門限效應存在。但是，在相同的調制系數的條限效應存在。但是，在相同的調制系數的條件下，它比普通鑒相器的門限低。

9、件下，它比普通鑒相器的門限低。 當鎖相環路處于調制跟蹤狀態時，環路當鎖相環路處于調制跟蹤狀態時，環路有反饋控制作用，跟蹤相差小，這樣，通過有反饋控制作用，跟蹤相差小，這樣，通過環路的作用，限制了跟蹤的變化范圍，環路的作用，限制了跟蹤的變化范圍，減少減少了鑒相特性的非線性影響，所以改善了門限了鑒相特性的非線性影響，所以改善了門限特性。特性。 利用上述特性，鎖相環可以做成性能十利用上述特性，鎖相環可以做成性能十分優越的跟蹤濾波器，用以接收來自宇宙空分優越的跟蹤濾波器，用以接收來自宇宙空間的信噪比很低且載頻漂移大的信號。間的信噪比很低且載頻漂移大的信號。 下面對鎖相環路在調制解調、空間技術下面對鎖相

10、環路在調制解調、空間技術及穩頻技術等方面的應用作一些介紹。及穩頻技術等方面的應用作一些介紹。 一、在調制解調技術中的應用一、在調制解調技術中的應用 1 1鎖相調頻電路鎖相調頻電路 在普通的直接調頻電路中，振蕩在普通的直接調頻電路中，振蕩器的中心頻率穩定度較差，而采用晶器的中心頻率穩定度較差，而采用晶體振蕩器的調頻電路，其調頻范圍又體振蕩器的調頻電路，其調頻范圍又太窄。采用鎖相環的調頻器可以解決太窄。采用鎖相環的調頻器可以解決這個矛盾。其鎖相調頻原理框圖如圖這個矛盾。其鎖相調頻原理框圖如圖8-148-14示。示。 實現鎖相調頻的條件實現鎖相調頻的條件是調制信號是調制信號的頻譜要處于低通濾波器通帶

11、之外的頻譜要處于低通濾波器通帶之外, ,避免已調波經過環路對避免已調波經過環路對VCOVCO再次產生再次產生影響。影響。僅使壓控振蕩器的中心頻率僅使壓控振蕩器的中心頻率鎖定在穩定度很高的晶振頻率上，鎖定在穩定度很高的晶振頻率上，而隨著輸入調制信號的變化，振蕩而隨著輸入調制信號的變化，振蕩頻率可以發生很大偏移。頻率可以發生很大偏移。這種鎖相這種鎖相環路稱載波跟蹤型環路稱載波跟蹤型PLL。VCO中心頻率中心頻率=晶振頻率晶振頻率 圖圖8-158-15所示為所示為CC4046CC4046用于鎖相調頻的用于鎖相調頻的實際電路。晶振接于實際電路。晶振接于CC4046CC4046的的1414端，調制端，調

12、制信號從信號從9 9端加入，端加入，調頻波中心頻率鎖定在調頻波中心頻率鎖定在晶振頻率上，晶振頻率上，在在 3 3與與4 4的連接端得到調頻的連接端得到調頻信號。信號。VCOVCO的頻率可用的頻率可用100100k的電位器調節。的電位器調節。CC4046CC4046的最高工作頻率為的最高工作頻率為1.21.2MHz。圖圖8-15 CC40468-15 CC4046鎖相環調頻電路鎖相環調頻電路2 2鎖相鑒頻電路鎖相鑒頻電路 用鎖相環路可實現調頻信號的解調。如用鎖相環路可實現調頻信號的解調。如果將環路的頻帶設計得足夠寬果將環路的頻帶設計得足夠寬 ，則壓控振蕩，則壓控振蕩器的振蕩頻率跟隨輸入信號的頻率

13、而變。器的振蕩頻率跟隨輸入信號的頻率而變。若壓若壓控振蕩器的電壓控振蕩器的電壓- -頻率變換特性是線性的，則頻率變換特性是線性的，則加到壓控振蕩器的電壓，即環路濾波器輸出電加到壓控振蕩器的電壓，即環路濾波器輸出電壓的變化規律必定與調制信號的規律相同。故壓的變化規律必定與調制信號的規律相同。故從環路濾波器的輸出端，可得到解調信號。從環路濾波器的輸出端，可得到解調信號。用用鎖相環對已調頻波解調是利用鎖相環的跟蹤特鎖相環對已調頻波解調是利用鎖相環的跟蹤特性，這種電路稱調制解調型性，這種電路稱調制解調型PLLPLL。圖圖8-16 8-16 鎖相環解調電路原理框圖鎖相環解調電路原理框圖)()()()()

14、()()()()()(11tftctftoftotcsoscscsouKkudtukukKusKusKu對于調頻波有轉換到時域，即證明證明: :根據根據PLLPLL的構成和基本方程的構成和基本方程可見可見,LF,LF的輸出即為解調信號的輸出即為解調信號圖圖8-17 CC40468-17 CC4046鎖相環解調電路鎖相環解調電路 鎖相接收機在接收空間信號鎖相接收機在接收空間信號方面得到廣泛應用。由于各種原方面得到廣泛應用。由于各種原因，地面接收機接收的信號十分因，地面接收機接收的信號十分微弱。微弱。采用鎖相接收機，利用環采用鎖相接收機，利用環路的窄帶跟蹤特性，可以有效接路的窄帶跟蹤特性，可以有效

15、接收空間信號，收空間信號，原理如圖原理如圖8-198-19。二、在空間技術上的應用二、在空間技術上的應用 圖中若中頻信號與本地信號頻率有偏差，鑒圖中若中頻信號與本地信號頻率有偏差，鑒相相器的器的輸出電壓就去調整壓控振蕩器的頻率，輸出電壓就去調整壓控振蕩器的頻率，使混頻輸出使混頻輸出的中頻的中頻信號的頻率鎖定在本地標準信號的頻率鎖定在本地標準中頻上。中頻上。由于本地標準參考信號可以被鎖定，由于本地標準參考信號可以被鎖定，所以中頻放大器的頻帶可以做得很窄所以中頻放大器的頻帶可以做得很窄，因而使因而使輸出信噪比大大提高，接收微弱信號的能力輸出信噪比大大提高，接收微弱信號的能力加加強。強。 1 1用于

16、振蕩器的穩定與頻率提純用于振蕩器的穩定與頻率提純 石英晶體振蕩器工作于低電平時長期穩石英晶體振蕩器工作于低電平時長期穩定性很好，但是噪聲和相位抖動很大。定性很好，但是噪聲和相位抖動很大。而它而它工作于中等電平時長期穩定性差，但是短期工作于中等電平時長期穩定性差，但是短期穩定性高，輸出噪聲和相位抖動小。穩定性高，輸出噪聲和相位抖動小。因此，因此，如果將這二者結合起來，就可兼顧這兩方面。如果將這二者結合起來，就可兼顧這兩方面。可采用圖可采用圖8-208-20所示的方案。所示的方案。 三、在穩頻技術中的應用三、在穩頻技術中的應用圖圖8-208-20 振蕩器的穩定與提純振蕩器的穩定與提純 其中，其中，

17、兩個晶振的頻率都是兩個晶振的頻率都是 fo ，中中電平晶振用作壓控振蕩器。當鎖定后，電平晶振用作壓控振蕩器。當鎖定后，VCO的輸出信號頻率就等于環路輸入信的輸出信號頻率就等于環路輸入信號的頻率，這樣長期穩定性即得到保證。號的頻率，這樣長期穩定性即得到保證。而相位噪聲通過一個通帶很窄的濾波器，而相位噪聲通過一個通帶很窄的濾波器，絕大部分被濾除，因而輸出頻譜變純。絕大部分被濾除，因而輸出頻譜變純。 利用一個頻率既準確又穩定的晶振信號利用一個頻率既準確又穩定的晶振信號產生一系列頻率準確的信號設備叫做頻率合產生一系列頻率準確的信號設備叫做頻率合成成器。器。 1 1）基本思路）基本思路 利用綜合或合成的

18、手段。利用綜合或合成的手段。綜合晶體振蕩綜合晶體振蕩器頻率穩定度、準確度高和可變頻率振蕩器器頻率穩定度、準確度高和可變頻率振蕩器改換頻率方便的優點，改換頻率方便的優點，克服了晶振點頻工作克服了晶振點頻工作和可變頻率振蕩器頻率穩定度、準確度不高和可變頻率振蕩器頻率穩定度、準確度不高的缺點，而形成了頻率合成技術。的缺點，而形成了頻率合成技術。2 2頻率合成器頻率合成器2 2）在工程應用中，對頻率合成器的要求在工程應用中，對頻率合成器的要求 (1)(1)頻率范圍視用途而定頻率范圍視用途而定 就其頻段而言有短波、超短波、微波就其頻段而言有短波、超短波、微波等頻段。等頻段。通常要求在規定的頻率范圍內，通

19、常要求在規定的頻率范圍內，在任何指定的頻率點（波道）上，頻率合在任何指定的頻率點（波道）上，頻率合成器能正常工作且滿足質量指標。成器能正常工作且滿足質量指標。 (2)(2)頻率間隔頻率間隔 頻率合成器的輸出頻率是不連續的。頻率合成器的輸出頻率是不連續的。兩個相鄰頻率之間的最小間隔就是頻率間兩個相鄰頻率之間的最小間隔就是頻率間隔。隔。 對短波單邊帶通信，現在一般取頻對短波單邊帶通信，現在一般取頻率間隔為率間隔為100100Hz，有的甚至為，有的甚至為1010Hz、1 1Hz；對短波通信，頻率間隔多取為對短波通信，頻率間隔多取為5050kHz或或1010kHz。 利用鎖相環可以構成頻率合成器，利用

20、鎖相環可以構成頻率合成器，其原理框圖如圖其原理框圖如圖8-218-21所示：鎖相環的用所示：鎖相環的用處很多，利用頻率跟蹤特性，還可以實處很多，利用頻率跟蹤特性，還可以實現鎖相倍頻器或分頻器等。現鎖相倍頻器或分頻器等。3 3）鎖相環構成頻率合成器原理）鎖相環構成頻率合成器原理圖圖8-21 8-21 頻率合成器原理框圖頻率合成器原理框圖 輸入信號頻率輸入信號頻率fi ，經固定分頻（，經固定分頻（M 分頻）后得分頻）后得到基準頻率到基準頻率f1 ，把它輸入到相位比較器的一端，把它輸入到相位比較器的一端，VCO輸出信號經可預制分頻器（輸出信號經可預制分頻器（N 分頻）后輸入到分頻）后輸入到相位比較器的另一端，這兩個信號進行比較，當相位比較器的另一端，這兩個信號進行比較，當PLL鎖定后得到鎖定后得到 當當N 變化時，輸出信號頻率跟隨變化。變化時，輸出信號頻率跟隨變化。i2ffMN2i1NffNfM MC145146為為Motorola公司生產的單公司生產的單片大規模集成電路，它內含參考頻率分頻片大規模集成電路，它內含參考頻率分頻器、兩組可變分頻器（器、兩組可變分頻器（A、N）、鑒相器）、鑒相器和鎖存控制電路等。圖和鎖存控制電路等。圖8-23(a)8-23(a)是是MC145146引出端功能圖引出端功能圖, , 圖圖8-23(b)8-23(b)是是采采用用MC145146等組成的等組成的U