锁相环路的宽带调频技术

第 2卷 第 4期 2004年 12月 信 息 与 电 子 工 程 FORMATION AND ELECTRONlC ENG EERING Vo1．2，NO．4 Dec．，2O04 锁相环路的宽带调频技术 郑贵强 (中国工程物理研究院 电子工程研究所，四川 绵阳 621900) 摘 要；根据工程需要探讨了发射机调频源锁相环路的宽带调频的实现方式，并对调频锁相 环路关键电路的实现做了有意义的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和讨论，最后提出了利用电荷泵电路来改进环路的宽带调 频特性，对于PCM发射机的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 具有一定的参考价值。 关键词：电子技术；宽带调频；电荷泵；锁相环路；环路滤波器 中图分类号：TN832 文献标示码：A 文章编号：1 672—2892(2004)04·0290·03 1 引言 目前，为了实现 2Mbps PCM(Pulse Code Modulation)信号的宽带调频，再入遥测PCM发射机仍然采用准 两点注入锁相调频技术设计。准两点注入式锁相调频技术虽然在理论上可以实现与环路参数无关的宽带调频特 性，但在实际应用中还存在各种各样的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 亟待解决。锁相环路宽带调频的实现，不仅和 VCO(Voltage ControlledOscillator)的压控灵敏度线性有关，而且和锁相环路的宽带调频特性有密切的关系。在工程应用中， PCM调制信号的波形有可能出现非周期性的长 0、长 1的情况，因此要求调制信号通过隔直电容再加到VCO 上，以维持 VCO的频率稳定度。同时，考虑到长 0、长 l宽脉冲信号出现的偶然性，VCO频率特性的线性部 分应能够覆盖调制信号所引起的调制频偏的2倍，这样，在出现严重不对称的调制波形时，仍可实现线性调频。 在VCO及其相关电路设计完成之后，锁相环路的宽带调频问题就成为研究的重点。本文将重点探讨锁相环路 实现宽带调频的几种方式及各自的优缺点，以期对 PCM发射机的设计有所帮助。 2 锁相环宽带调频的实现方式 在发射机锁相环路中利用两点调制技术实现宽带 调频不外有以下三种方式：利用窄带调相器 (PM)、 对参考晶振进行调频、对环路滤波器 (LF，Loop Filter) 进行调制。图 1所示为利用 PM 实现的宽带调频的原 理图。 在积分器积分常数 和 VCO压控灵敏度 满 足Ki=Kv／N的情况下，经过对图 l进行相位模型分 析，可以得到仅与 有关、与环路带宽无关的宽带调 频特性，理论上环路带宽和 LF传输函数F(S)不会影响 调频特性。但是，上述分析对于实际电路来说是不可 能的。首先，VCO 的压控灵敏度 和分频器分频数 N都不是常数，另外，为了维持一个固定的调制频偏， 积分器积分常数 ，朋也随着输出频率变化；其次，有源 积分器所采用运放并非是理想的，如果有 DC偏压加 到其输入端，它的输出信号频率就会相应地发生漂移。 很多情况下，我们需要较高的频稳度，即要求各运放 输出信号的频率锁定在某一固定频率上。 图 1 利用 PM 实现宽带调频的原理框图 图2 利用VCXO进行调频的原理框图 图2所示为调制信号一路对 VCO进行直接调频，另一路直接对晶振进行调制。在压控晶振VCXO(Voltage Control Crystal Oscillator)的电调灵敏度 和 VCO的K 满足 =Kv／N时，理论上也可以实现与环路参数无 关的宽带调频特性，它的优点是去掉了有源积分器，从而避免了积分器引起的一些限制因素。但是它在工程应 收稿日期：2004．03．22； 修回日期：2004．10．29 作者简介：郑贵强 (1977．)，男，硕士，主要从事遥测发射机技术的研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4期 郑贵强 ：锁相环路的宽带调频技术 29l 用上，仍然存在很多缺点。首先，VCXO的引入，使得该电路的调制频偏受限，同时 VCXO还存在各种各样 的寄生响应，在频率响应时会产生一定的过冲。其次，由于VCXO寄生响应的存在，使得 LF可能会影响环路 带宽或者会压缩某一频段处的输入信号。 图 3所示为调制信号一路直接加到VCO上进行 直接调频，另一路通过 LF实现间接调频的原理图。 也就是目前我们再入遥测PCM发射机中应用的准两 点注入式锁相调频原理框图。 通过对上图的相位模型进行分析，在鉴相灵敏度 d和 、 满足 = d ／Ⅳ情况下，同样可 以实现发射机锁相环路的宽带调制特性。当然，这种 原理图模型也存在一些缺点。另外，我们注意到，输 入调制信号 r和0 以及 满足下式： 图3 利用LF进行调制的原理框图 ’ Uf(1+K F(S)／S)+OeF(S)=Oo (1) 将K =KdK ／Ⅳ代入上式，可得：UfD+OeF(S)=0o (2) 其中D=l+KdK F(S)／S／N。根据上面分析，图3所示原理框图可简化为图4。即通过一点注入式锁相调频方 式实现准两点注入式锁相调频的功能。 在锁相环路中，常用的有源滤波器的经典电路如图 5(a)所示。它的传输函数可以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为： )= (3) 其中 ．、 ，为某一数值的时间常数。上述传输函数同 样可以通过无源积分滤波器等效，相应的无源滤波器电 路如图5(b)所示。 因此，要实现D=1+ KvF(S)／S／N所表示的滤 波和积分功能，可以先构造图6所示电路。通过分析 可得：U ／Uf=F(S)／2，即Uo=一F(S)Uf](SCI4R)。 通过各电阻电容值的设定，可以实现 dK F(S)／S的 传 输 特 性 。 由 上 面 分 析 ， 要 实 现 D=1+ KvF(S)／ ／N的传输特性，可以在调制信号 输入端和运放输入端并联一个电容，通过设定其电容 值，可以实现上述传输特性。 (a) 实现KdKvF(S)／S 图4 准两点注入式的等效原理框图 = (a)有源滤波器电路 (b)等效的无源滤波器电路 图5滤波器电路图 = (b) 实现D=1+KdKvF(S)／S／N 图6有源积分滤波电路 通过对图 6(b)分析可得下式：Uo／Uf=一(1+F(S))／(4SRC ) (4) 这里假设Cl=C ，通过计算可以得到 的数值为Ca=N／(4RK Kd)。综合上面分析，可以看到，图6(b)实 际上是通过另一种简化的电路形式实现无源滤波器和有源积分器的传输特性。它的优点就是可以通过调节 的值，来调节整个有源积分滤波器的灵敏度特性，从而简化了电路形式，提高了电路的可靠性。 3 改善锁相环宽带调频特性的其它途径 另外一种改善宽带调频特性的方法就是在调制电路中加入类似于电荷泵 (charge pump)的电路。例如 Motorola公司的鉴相鉴频器MC4344／4044中就集成了一个电荷泵电路，即MC4344／4044芯片的4、ll引脚为 维普资讯 http://www.cqvip.com 292 信 息 与 电 子 工 程 第2卷 电荷泵提供输入，5、1O引脚提供输出。在鉴相器中，电荷 泵的主要功能是根据输入端的高低电平信号对输入波形进 行倒相，并在将其送入LF之前进行电压电平转换。电荷泵 会根据输入信号的电平产生一个降低或升高 VCO 频率的 误差信号，即下拉 (pump down)和上拉 (pump up)信号， 从而间接控制环路中VCO的频率波动。因此，电荷泵电路 可在很宽的电压范围内给 LF提供一个 “电流源”，降低了 环路的寄生响应和相位噪声。另外，电荷泵结合 PD(Phase Discriminator)使用，还可改善PD的灵敏度等特性。 图7 实现图6(b)功能的无源电路 足够大) 将图6(b)所示电路用无源电路实现，如图7所示。在图中，当电 U 阻 R值足够大就起到一个电荷泵的作用。同时，为了减小R电阻值的增 大引起的负面影响，可以通过对C、C2及R1的值进行一定比例的缩放 (scaling)进行改善，此电路可以用在输入调整回路中。 通过上面分析，在实际的调制电路中可以通过调整电阻 R的值，使 图8 含有电荷泵的预调电路 电路起到电荷泵的作用，同时在输出端并联一个电容起到射频短路的作用。所构造的预调电路如图8所示。 4 结束语 根据目前工程需要，本文探讨了发射机锁相环路的宽带调频的实现方式问题，主要就准两点注入式宽带调 频的实现以及其它问题做了初步探讨。通过无源滤波和有源积分的方式将两点注入锁相调频方式改为一点注入 式，简化了电路设计和分析的过程，同时对改善发射机有源积分滤波电路和预调电路给出了初步的电路设计构 想。在今后的工作中，将继续对 PCM发射机的锁相环路进行分析、设计，从而更好地满足以后高码速率传输 的需要。 参考文献： [1]1 周邦华．2Mb／S遥测信号的锁相调频技术研究[J】．遥测遥控，1999，23(5)：38-41． [2】吴伯修，沈连丰．调频技术理论及新进展[M】．北京：人民邮电出版社，1988． [3】周邦华．遥测发射机中的微波锁相调频技术研究[J】．电讯技术，2001，41(3)：74．76． [4】David 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Abstract：Fractal image coding is one of researching focuses in image coding field at present．It is a kind of data compression technique、^，ith special advantages and a good developing future．The thought offractal image cod ing and coding methods is sunwnarized based on basic fractal theory in this paper．Some improved methods of fi'actal image cod ing are put forw ard．Th e developing direction of~actal image coding is discussed at last． Key words：information processing techn ology ； image compression coding；survey；fi'actal；co ntractive alTme transformation； iterated function system 维普资讯 http://www.cqvip.com