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        可調(diào)小數(shù)分頻合成器曲

        2009-04-29 00:00:00揚(yáng)
        科教導(dǎo)刊 2009年36期

        摘要小數(shù)分頻技術(shù)自20世紀(jì)70年代發(fā)明以來(lái)利用范圍十分廣泛,即使在今天的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中也有其一席之地。但是如何突破數(shù)字分頻器自身的限制,在實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻的同時(shí),又能實(shí)現(xiàn)分頻比的可調(diào)節(jié)是本文探討的內(nèi)容。

        關(guān)鍵詞鎖相環(huán)小數(shù)分頻累加器

        中圖分類號(hào):TN91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        小數(shù)分頻頻率合成技術(shù)是20世紀(jì)70年代后期發(fā)展起來(lái)的一種新型合成技術(shù)。它能夠協(xié)調(diào)高工作頻率和小頻率間隔之間的矛盾,并且具有輸出噪聲低,抑制寄生邊帶干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用范圍很廣。例如在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,經(jīng)常采用跳頻方法來(lái)提高通信系統(tǒng)的抗干擾、抗多徑衰落能力。因而要求快速跳頻系統(tǒng)中的超快速跳頻PLL能夠在幾十微秒(€%es)內(nèi)穩(wěn)定到所要求的相位和頻率。為達(dá)到此要求可采用由兩個(gè)小數(shù)分頻頻率合成器構(gòu)成的\"乒乓\"體系結(jié)構(gòu)。在這種系統(tǒng)中,當(dāng)一個(gè)頻率合成器作為本地振蕩器工作時(shí).另一個(gè)頻率合成器的作用是鎖定下一步要求的頻率。

        鎖相頻率合成器的工作原理是,當(dāng)可編程分頻器的分頻比變化1時(shí),得到輸出頻率增量為參考頻率fr。當(dāng)需要提高頻率分辨力時(shí),需要減小參考頻率fr,而鎖相環(huán)內(nèi)的環(huán)路濾波器的帶寬必須小于參考頻率fr,因而環(huán)路濾波器的帶寬也要壓縮。環(huán)路的捕捉時(shí)間或跟蹤時(shí)間就要增長(zhǎng),即頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間加大。

        若可編程分頻器能夠提供小數(shù)分頻比,則每次改變某位或某幾位小數(shù),就能在不降低參考頻率的情況下提高頻率分辨力了。雖然數(shù)字分頻器本身無(wú)法實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻,但依然可采用如下方法實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻。例如,N=7.5的小數(shù)分頻,若能控制數(shù)字分頻器先除一次7,再除一次8,這樣交替進(jìn)行,從輸出的平均頻率觀測(cè),即是實(shí)現(xiàn)了7.5的小數(shù)分頻。因此只要控制整數(shù)分頻器的分頻比按照某特定規(guī)律工作,即能實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻。若能將該特定規(guī)律用變量間的關(guān)系式表達(dá)出來(lái),即是實(shí)現(xiàn)了可調(diào)小數(shù)分頻功能了。

        現(xiàn)舉兩個(gè)例子用來(lái)引導(dǎo)關(guān)系式的推出。若要完成N.F=2.6的小數(shù)分頻,其中N表示整數(shù)部分,F(xiàn)表示小數(shù)部分,則只要在每10次分頻中,作4次除2,再作6次除3,就可以得到

        N.F=€?2€?+3€?)=2.6

        若要完成N.F=62.45的小數(shù)分頻,則只要在每100次分頻中,作55次除62,再作45次除63,即可得到

        N.F=€?6255+6345)=62.45

        則現(xiàn)總結(jié)關(guān)系式,若要完成N.F小數(shù)分頻,N表示整數(shù)部分,F(xiàn)表示小數(shù)部分,P表示小數(shù)部分F的位數(shù),則:

        N.F=€讃N€?1-F)+(N+1)€譌}

        按照此思路,實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻器的電路可由一個(gè)基本單環(huán)頻率合成器和累加器、存儲(chǔ)器構(gòu)成。其中,基本單環(huán)頻率合成器輸出頻率為Nfr,在壓控振蕩器VCO和可編程分頻器之間添加一個(gè)脈沖刪除電路,在鑒相器與環(huán)路濾波器之間添加一個(gè)相加器。根據(jù)用戶需要可調(diào)節(jié)的N、F、P分別存在存儲(chǔ)器中,N、F、P用微機(jī)控制。

        現(xiàn)以N.F=5.3的小數(shù)分頻為例,說(shuō)明電路工作過(guò)程。要求電路輸出頻率fo =5.3fr,在第一個(gè)參考周期中,上述電路以除N=5工作,累加器加進(jìn)小數(shù)F=0.3,并保存記憶。第二、三個(gè)參考周期上述電路仍舊以除5工作,累加器的存數(shù)從0.3遞增到0.6,再遞增到0.9。在第四個(gè)參考周期,累加器繼續(xù)遞增0.3,使得OVF溢出一次,控制脈沖刪除電路刪去一個(gè)脈沖,得到的輸出電壓電壓再經(jīng)除5,此處從總分頻效果考慮,其實(shí)已經(jīng)變?yōu)槌?。累加器在溢出后,所存的余數(shù)為0.2。再經(jīng)過(guò)三個(gè)參考周期,在第7個(gè)參考周期累加器再次出現(xiàn)溢出,脈沖刪除電路再刪除掉一個(gè)脈沖,再作一次除6,累加器所存余數(shù)變?yōu)?.1。再經(jīng)三個(gè)周期又溢出一次,作一次除6,累加器余數(shù)為0。這樣經(jīng)過(guò)10個(gè)參考周期完成一次循環(huán)。在此期間,OVF溢出三次,作三次除6,另外其次作除5。即是完成了N.F=5.3的小數(shù)分頻。

        若以N.F=62.45的小數(shù)分頻為例,則用F=0.45加入到累加器中,在100次累加中,將會(huì)出現(xiàn)45次溢出,電路中的N設(shè)置為62,每出現(xiàn)一次溢出,就作一次除63。這樣就能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)N.F=62.45的小數(shù)分頻了。

        在上述電路工作過(guò)程中,由于fo =5.3fr,即fo 是fr的5.3倍,則每經(jīng)過(guò)fr的一個(gè)周期,fo為5.3個(gè)周期。這樣,在經(jīng)過(guò)一個(gè)參考周期后,在鑒相器輸入端口就出現(xiàn)了0.3€?€%i的相位誤差。再經(jīng)過(guò)一個(gè)參考周期出現(xiàn)0.6€?€%i的相位誤差。以此類推,相位誤差隨時(shí)間變化而變化,相應(yīng)的鑒相器輸出電壓呈現(xiàn)為遞減的階梯電壓,此遞減的階梯電壓如果經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器后加到壓控振蕩器VCO,會(huì)使VCO調(diào)頻,影響合成器的輸出頻譜。解決此問(wèn)題的方法是,消除遞減階梯脈沖的影響。而環(huán)路中的累加器存數(shù)經(jīng)數(shù)模變換之后,恰巧能夠形成一個(gè)遞增的階梯電壓,這樣剛好和之前的遞減階梯電壓相互抵消。在環(huán)路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后,兩個(gè)極性相反的階梯電壓相加后,得到所需要的直流電平。電路中的相加器就是為此添加的,對(duì)合成器的輸出信號(hào)頻譜有明顯的改善作用。

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