摘 要：CC4046集成電路鎖相環(huán)采用RC型壓控振蕩器，外接RC作為充放電元件，電路簡(jiǎn)單、成本低廉、實(shí)用價(jià)值大，可廣泛應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)，各種通信系統(tǒng)，以及頻率合成，自動(dòng)控制及時(shí)鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。利用數(shù)字集成鎖相環(huán)組成溫控變頻電路可以克服常見溫控系統(tǒng)可靠性低、抗干擾能力差的缺點(diǎn)，為溫度的精確測(cè)量及需要進(jìn)行溫度檢測(cè)控制的設(shè)備提供了一種可行的電路設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字鎖相環(huán)；相位同步；溫度控制；頻率變換

中圖分類號(hào)：TN752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004-373X(2008)02-046-02

Design of Temperature Frequency Conversion Circuit Based on Digital Phase Locked Loop

XIE Wancheng

(Loudi Vocational and Technical College，Loudi，417000，China )[HJ1*3][HJ]

[HJ*2]Abstract：The CC4046 integrated circuit phase locked loop uses the RC Voltage Controlled Oscillator(VCO)，the exterior conjunction RC component of charge and discharge，the electric circuit is simple，the cost is inexpensive，the practical value is big，and widely used in the broadcast television system，several communications system，frequency synthesis system，automatic control and clock synchronization system.It overcomes these shortcoming such as low reliability and bad anti-interference to make use of integrated circuit phase locked loop constitutes to temperature frequency conversion circuit.For the accurate diagraph of temperature and need to carry on a temperature examination a control of the equipments provided a kind of viable electric circuit design a project.

Keywords：digital phase locked Loop；phase modulating synchronization；temperature control；frequency conversion

1 引 言

鎖相的概念在20世紀(jì)30年代提出后，很快就被廣泛地應(yīng)用在電子和通訊領(lǐng)域中。使用鎖相環(huán)PLL（Phase Locked Loop）電路的設(shè)備包括存儲(chǔ)器、微處理器、硬盤驅(qū)動(dòng)裝置、射頻無線收發(fā)器和光纖收發(fā)器等。近年來，集成電路的工作頻率和片內(nèi)集成的功能正以等比級(jí)數(shù)的速度增加，高性能的集成電路也被廣泛地應(yīng)用在高頻無線通訊及光纖通訊中，這也意味著在同一個(gè)系統(tǒng)晶片內(nèi)，同步的問題也變得更加復(fù)雜了。而數(shù)字集成鎖相環(huán)路更有助于發(fā)展高性能和低成本的電子系統(tǒng)，高性能的鎖相環(huán)頻率控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化、國防高精尖科技等領(lǐng)域有著越來越廣泛的應(yīng)用，其設(shè)計(jì)的合理性直接決定整個(gè)系統(tǒng)的精度。鎖相環(huán)技術(shù)應(yīng)用于應(yīng)用于溫度檢測(cè)電路中，通過溫度度傳感器將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率的變化，可以用來精確測(cè)量溫度或用于自動(dòng)控制電路中調(diào)節(jié)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

2 集成鎖相環(huán)的基本原理

鎖相環(huán)的主要任務(wù)是保證本機(jī)的振蕩器產(chǎn)生的頻率和相位與接收的基準(zhǔn)信號(hào)頻率和相位完全相同，使電路工作頻率達(dá)到穩(wěn)定。鎖相環(huán)的基本組成如圖1所示，其主要由相位比較器、低通濾波器、壓控振蕩器3部分組成。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì)

3.1 集成鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)

如圖2所示為采用了CMOS工藝的數(shù)字集成鎖相環(huán)CC4060的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖。其中，放大器A1對(duì)輸入信號(hào)υi進(jìn)行放大和整形。相位比較器（鑒相器）PC1僅由異或門構(gòu)成，他要求兩個(gè)相比較的輸入信號(hào)必須各自是占空比為50%的方波；PC2是由邊沿觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字相位比較器，僅在2個(gè)相位比較的輸入信號(hào)的上升沿起作用，與輸入信號(hào)的占空比無關(guān)。

3.3 溫控變頻電路的設(shè)計(jì)

常見的溫度控制系統(tǒng)，是先利用溫度傳感器將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻中電流的變化，繼而引起電壓的變化，實(shí)現(xiàn)控制功能。雖然其實(shí)現(xiàn)容易，但是可靠性低，抗干擾能力差，本文力求解決這一問題。設(shè)計(jì)思路是將溫度變化轉(zhuǎn)換為頻率變化加以控制，先借助溫度傳感器和數(shù)字集成鎖相環(huán)電路把溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幤鬏敵鲂盘?hào)頻率的變化，隨著溫度的漸漸升高，信號(hào)頻率也隨之慢慢改變，當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，頻率也將確定。

將電壓信號(hào)V變換成頻率信號(hào)F在信號(hào)檢測(cè)電路、現(xiàn)代通信中應(yīng)用廣泛，用鎖相環(huán)電路能方便地實(shí)現(xiàn)V/F變換。根據(jù)壓控振蕩器的原理，在鎖相環(huán)的輸入端或VCO的電壓控制端加一直流電壓，則VCO的輸出頻率會(huì)隨輸入信號(hào)的瞬時(shí)電壓變化而實(shí)現(xiàn)V/F變換。反之，也能實(shí)現(xiàn)F/V變換。圖4就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)的溫度→電壓→頻率的信號(hào)變換電路。

在圖4中，溫度傳感器AD590將檢測(cè)溫度（－50～125 ℃）變換成直流電流，經(jīng)電阻分壓后得到直流電壓送入精密運(yùn)放OP-07放大后輸入到CC4060的第9腳，作為壓控振蕩器VCO的控制電壓，從第4腳輸出的頻率信號(hào)f0與控制電壓的大小對(duì)應(yīng)成比例。因此，他也和溫度傳感器的直流電壓VT成比例。R4和RP用于調(diào)整運(yùn)放的輸出電壓，R5改變運(yùn)放的增益。調(diào)整R1，Ct使VCO的固有頻率fυ為10 kHz。逐點(diǎn)測(cè)量壓控振蕩器的電壓控制曲線Vd和fυ；測(cè)量傳感器AD590輸出VT與溫度的關(guān)系；調(diào)節(jié)運(yùn)放OP-07的放大倍數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)溫度到頻率信號(hào)的變換。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］蔡明生，黎福海，許文玉．電子設(shè)計(jì)［M］．北京：高等教育出版社，2004.

［2］沙占友．?dāng)?shù)字化測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］曹輝，胡俊，黃均鼐．?dāng)?shù)字式溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)［J］．微電子學(xué)報(bào)，2001(３).

［4］Razavi B.Monolithic Phase-locked Loops and Clock Recovery.IEEE Press，1996.

［5］Yan W S T，Luong H C.A 900 MHz CMOS Low-phase Noise Voltage-controlled Ring Oscillator\\[J\\].IEEE Transactions on Circuits and Systems II，2001，48:216-221.

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。