锁相环频率合成器的原理与设计

锁相环频率合成器的原理与设计
锁相环频率合成器的原理与设计
　
2.1 锁相环的基本原理和基本公式
对于现代移动通信中的移动台来说，频率合成器是由锁相环路(PLL)构成的。锁相环是
一种 相位负反馈系统，它利用环路的窄带跟踪与同步特性
将鉴相器一端VCO的输出相位与另一
端晶振参考的相位保持同步，实现锁定输出频率的功能，同时可以得到和参考源相同的
频率
稳定度。一个典型的频率合成器原理框图如图1所示。设晶振的输出频率为fr，VCO输出
频 率为fo，则它们满足公式：
[pic]            (1)
   
其中R和N分别为参考分频器和主分频器的分频比，在外部设置并行或串行数据控制分频
比，
就可以产生出所需要的频率信号。用锁相环构成的频率合成器具有频率稳定度高、相位
噪声 小、电路简单易集成、易编程等特点。
[pic]
　
  
随着大规模集成电路的应用，参考分频器、鉴相器和主分频器以及进行程序控制的寄存
器能
够集成在一块芯片中，如图1中虚线框所示，这样整个电路就仅由一个PLL芯片、一片晶
振、
一片VCO以及环路滤波器等分立元件组成，大大减小了体积，也降低了设计难度。
   下面对锁相环同步状态下的线性性能进行分析。
  
锁相环是传递相位的闭环系统，只要研究环路的相位数学模型或其基本方程就可以获得
环路
的完整性能。根据图1所示，设θi为晶振经R分频器分频之后的相位，θo为VCO输出相
位，θ′o为VCO经N分频器分频之后的相位，θe为鉴相器的输出相位，环路的基本函
数可以表示为：
     (1)闭环传递函数：
[pic]
　
2.2 锁相环的设计
　
(1)鉴相器
   
在目前应用的小型频率合成器电路中，广泛采用电流泵型数字