基于PLL信号发生器的设计.docx

本科毕业设计（论文）文献综述题目：基于PLL信号发生器的设计文献综述信号发生器是生成波形信号的装置，可以生成矩形波、谐波、正弦波等各种波形。根据新思界产业研究中心发表的二零二一年信号发生器产业市场研究和投资战略分析报告，信号发生器可以广泛应用于通信、家电、汽车电子设备、医疗保健设备、信息网络、新能源、航空宇宙领域等广泛传播领域，其教育、科学研究成果和世界市场占有率持续增加。在现代电子技术中，为了得到高精度的振荡频率，一般采用石英晶体振荡器，但是石英晶体振荡器的频率不易改变，于是将其振荡频率作为基准频率，利用锁相环的倍频分频等频率合成技术，获得多频率、高稳定度的震荡信号输出。锁相环是电子设备中常见的基本元件之一，是检测输入和输出信号之间的相位差的器件。自I960年以来，锁相环技术在通信、航空宇宙、计量、电视、原子能、电机控制等领域能够较好地进行信号的呈现和模拟、数字信号跟踪和同步。同时，扫描信号发生器、组合信号发生器等各种装置也急速发展。在我国，关于锁相环系统的产品销售还不少，这主要是因为锁相环系统在电子设备上的运用已经十分普遍。锁相环(PLL)电路可用于各种高频技术，例如超高速开关频率合成技术、本地振荡器(LOS).高性能无线通信连接、时钟清除电路和矢量网络分析仪(VNA)。我国有一个MOSSl项目，已经制定出了几个比较先进的产品，包括放大集成电路(用于光传输)、时钟恢复集成电路和数码判决器，这些产品不仅具有专利，而且都是耗电量非常低的产品，集成度都比较好，工艺技术上也非常领先。此外，值得一提的是，中国东南大学的王志功博士也已经加入了中国MOSSl项目，这将会在很大程度上促进中国锁相环技术的发展。第四研究所还采用了中国的另一种比较高档的电子锁相环SB336,该锁相环的工作频率可以高到20GHz,采用SB336的公司也比较多，并且主要性能指标都超过了国外的水平。国外的一些知名度高、拥有先进技术的企业，例如美国泰克、美国是德、美国力科、德国R&S、日本EMC等企业也参与了我国国内高端市场的竞争。国外从第一台锁相环集成产品问世至今，在数十年时间内蓬勃发展，商品类型众多,工艺技术也日新月异。目前,除了一些特定的特殊应用的锁相环以外，基本上已经全部实现了，现已制造出几百个品种。现在锁相环已形成了一个系统的理论科学体系，并在通讯、航空、雷达、精确测量、电子计算机、红外、激光、原子能、立体声、电机控制系统和图像处理等技术部门得到了普遍的使用。古婿，李昆，刘争等人（2015）在基于PLL信号发生器的设计中认为随着科技的进步，很多领域都取得了质的突破，像通信技术、数字电视、航空航天和遥控技术都在飞速的发展着。随着的不断发展，对频率源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出频率数量的要求也越来越高。因此，为了提高频率的稳定度，一般都会使用晶体振荡器等方法来处理，但是这也存在一定的弊端，就是它无法产生出多个频率信号UL李鹏（2016）在GHz高频信号发生器的研制中认为频率合成技术，可以通过对频率进行加、减、乘、除运算，从一个高稳定度和高准确度的标准信号源，产生大量具有同样高稳定度和高准确度的不同频率。孙增友在基于锁相环频率合成器的智能射频信号发生器的设计中设计的智能锁相环射频信号发生器采用AT89C51单片机控制字组态，实现对频率点输出的控制。它具有可操作性强、信号频率获得准确、信号频率带宽输出波形好等优点，广泛应用于通信系统中。该系统软件的设计由主程序、键盘扫描子程序、输出控制子程序和数字按键处理子程序组成。主程序的主要功能有：系统初始化；显示当前状态信息；接受按键和处理。彭艺在锁相环技术的应用和发展基于锁相环的概念，对其基本原理以及结构进行了介绍，介绍了锁相环技术的种类，分别有模拟锁相环技术、全数字锁相环技术以及数模混合锁相环技术，对其相应的优势与不足进行分析；对锁相环技术的特性做出了研究；并从双音频报警器以及倍频电路两方面内容出发，对具体应用锁相技术进行分析。并得到锁相环具有简单结构，稳定的频率，测量精度高的优点，并能有效地抑制杂散，并且可以更换过滤器，这有利于系统的集成化和小型化的结论刘艳红在基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计中，主要介绍CD4046锁相环数字频率合成器的构成电路及原理。CD4046锁相环数字频率合成器主要由振荡源电路、1/N可预置分频器以及锁相环电路构成。其功能是将一给定频率的输入信号经频率合成后产生一系列的N倍频率的输出信号。此频率合成器具有系统稳定、精确度高、较高的可选择性与实用性等特点。陈蜀勇在基于PLL的信号发生器的实现中介绍了一种由AT89C51作微处理器与MAX038与MC145151组成的波形发生电路的简易信号发生器,这个信号发生器基于PLL技术，由AT89C51作微控制器,与AD7520来构成频率调节电路，由MAX038和MC145151组成PLL电路,可以实现高精度（万分之一）的频率输出,DA的输出作为频率的粗调，用鉴相器鉴相的结果经低通滤波器后的输出来微调,并且能用程序控制输出的频率值及波形。陈帅锋，侯晓伟在基于锁相环的正弦信号发生器设计中设计了一个基于锁相环的正弦信号发生器。该设计主要由RC正弦波振荡器、整形电路、锁相环、匹配输出电路等组成。设计总体图如图1所示。在王倩的浅析锁相环技术的发展和应用中也对锁相环模块进行了非常详细的讲解。Rc正弦波振荡器整形电路R分领环路滤波器 LF可变分频器N压控振荡器 VCO匹配输出电路图1正弦信号发生器组成框图范忠在基于锁相环技术的应用提出了在现代电于技术中，为了得到高精度的振荡频率一般采用石英晶体体振荡器，但是石英晶体振荡器的振荡频率是的定不变的单一频率,通过频率合成可以得到大量离散。同样在马秋的浅谈锁相环在信号发生器中的应用中也提出了同样的观点。常用的频率合成技术有直接合成和间接合成两种。由锁相环实现的间接式频率合成器的性能接近直接频率式频率合成器，而且体积小、成本低、调试方便、安装简单。在锁相环路的反馈通路中按入分频器，便可得到锁相倍频电路，输入频率来源于石英晶体振荡器，输出频率经N分频后与输入进行相位比较。当环路锁定时，鉴相器输入的两个信号的频率相等叫陈红兵和闵晶妍在基于正弦信号发生器的单相锁相环的研究中也同样认为在已研究的同步技术中，PLL是被研究得最深入和使用最广的一种同步技术口曳3 .总结现如今，在电子学的各个领域中，信号发生器通常被要求具备高精准度，以及频率能够灵活调节。单片集成锁相环的电路产品越来越多，它具有精度高、不受温度和电压影响、环路带宽和中心编程频率可调、易于构建高阶锁相环等优点。在信号处理和数字系统中得到广泛的应用。锁相的意义是相位同步的自动控制，能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环，简称PLL锁相环主要由相位比较器(PD)、压控振荡器(VCo)、低通滤波器(LPF)三部分组成。它是一个以相位误差为控制对象的反馈控制系统，是将输入的参考信号与压控振荡器输出的反馈信号之间的相位进行比较，产生相位误差电压来调整压控振荡器输出反馈信号的相位，从而使压控振荡器输出反馈频率与输入信号频率相一致。在两者频率相同而相位并不完全相同的情况下，两个信号之间的相位差能稳定在一个很小的范围内。由MAX038和IMCI45151组成PLL电路,可以实现高精度(万分之一)的频率输出,DA的输出作为频率的粗调，用鉴相器鉴相的结果经低通滤波器后的输出来微调,并且能用程序控制输出的频率值及波形。由于该系统所使用的分频及鉴相器MC145151内部不具备锁存器，所以没有使用内部带锁存器的模数转换器AD7522,使用三个74LS573,是为了使频率的调节不出现突跳现象，实际上，由于PLL的频率稳定大概要0.1秒，所以可以使用只有两个74LS573来实现数据的锁存。但是MCI45151的分频比只有8个可利用的分频值。在熊春如等人的基于AT89S52和MAX038的程控信号发生器的设计中也采用了MAX038,但是是与LM6316相结合，但是MAX038的驱动电压为2V,输出的电流也不高”叫在驱动模块就大大加大了设计的难度。在参考了刘艳红的基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计后，针对以上实现进行综合分析过后，选用CD4046进行设计，CD4046具有电源电压范围宽（为3V18V）,输入阻抗高（约100MC）,动态功耗小等特点，在中心频率ft）为IOkHZ下功耗仅为600W,属微功耗器件。CD4046是通用的CMOS锁相环集成电路，内部结构包含有两个相位比较器（PD）、压控振荡器（VCO）、缓冲放大器、输入信号放大与整形电路、内部稳压器等。在基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计中，提出了一种3可预置分频器的设计，分频器采用可变分频器。即在锁相环路的反馈支路中，接入可变分频器，控制可变分频器的分频比N就可得到若干个N倍频率的输出信号。所以，我更倾向于刘艳红的基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计的设计，其中的分频器可以实现任意频率的调节，这种分频器的原理简单，结构清晰，与CD4046构成一个可调频率的波形信号发生器再合适不过。在孙增友的基于锁相环频率合成器的智能射频信号发生器的设计设计中，提出了采用AT89C51单片机控制字组态，实现对频率点输出的控制。AT89C51具有可操作性强、信号频率获得准确、信号频率带宽输出波形好等优点。在陈帅锋，侯晓伟基于锁相环的正弦信号发生器设计的设计中，提出了采用的RC正弦波振荡器的方案，并说RC正弦波振荡器是线性电子电路课程中使用的较为普遍的一个电路。综合上述分析,我决定将刘艳红的基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计、陈帅锋与侯晓伟的基于锁相环的正弦信号发生器设计和孙增友的基于锁相环频率合成器的智能射频信号发生器的设计相结合，参考其中的算法和设计方案，完成本次的设计。4 .参考文献1古靖,李昆,刘争.基于PLL信号发生器的设计J.信息通信,2015(7).2李鹏.20GHz高频信号发生器的研制D.陕西师范大学,2016.3ZengyouSun,YongTian,JinZhang.DesignofIntelligentRadio-FrequencySignalGeneratorBasedonPhase-lockedLoopFrequencySynthesizer.Proceedingsof2021InternationalConferenceonManagementScienceandEngineering(MSE2010)(Volume5)C,国际会议,2010TOT7.4彭艺.锁相环技术的应用和发展J.电子技术与软件工程,2019(10).5刘艳红.基于CD4046锁相环的数字频率合成器电路设计R.山西电子技术,2013(5).6陈蜀勇.基于PLL的信号发生器的实现J.微计算机信息,2004(11).7陈帅锋，侯晓伟.基于锁相环的正弦信号发生器设计D.电子设计工程,2012,20(22).8范忠.基于锁相环技术的应用.电子制作D,2012(11).9王倩.浅析锁相环技术的发展和应用J.电子世界，2017(11).10陈红兵,闵晶妍.基于正弦信号发生器的单相锁相环的研究D.电力电子技术2014,48(11).11 PSPiCe在电路优化设计中的应用J.孟祥荔.中国设备工程.2018(24).12 一种峰值检测系统的设计与仿真J.李健,鲁业频,潘高生.巢湖学院学报.2014(06).13郭辉.基于51单片机的简易函数信号发生器的设计与分析J.电子测试2016(23).14马秋.浅谈锁相环在信号发生器中的应用D.山东工业技术,2014(22).15基于AD9859的核磁共振发射机及单片机控制系统J.黄建军.电子质量.2013(08).16基于单片机的智能信号发生器设计J.张文军.机电工程技术.2010(09).17宽带直流放大器系统设计J.王小利.电子器件.2010(03).18郭辉.基于51单片机的简易函数信号发生器的设计与分析J.电子测试2016(23).19基于AT89S52和MAX038的程控信号发生器的设计J.熊春如，胡菊芳,黄国兵.机电工程技术.2008(10).指导教师(签字)：