摘要小數(shù)分頻技術(shù)自20世紀(jì)70年代發(fā)明以來利用范圍十分廣泛，即使在今天的數(shù)字移動通信系統(tǒng)的設(shè)計中也有其一席之地。但是如何突破數(shù)字分頻器自身的限制，在實現(xiàn)小數(shù)分頻的同時，又能實現(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:TN91文獻(xiàn)標(biāo)識碼: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，因而應(yīng)用范圍很廣。例如在數(shù)字移動通信系統(tǒng)的設(shè)計過程中，經(jīng)常采用跳頻方法來提高通信系統(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)一個頻率合成器作為本地振蕩器工作時.另一個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，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，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)路的捕捉時間或跟蹤時間就要增長，即頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時間加大。

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)字分頻器本身無法實現(xiàn)小數(shù)分頻，但依然可采用如下方法實現(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，即是實現(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，即是實現(xiàn)了可調(diào)小數(shù)分頻功能了。

現(xiàn)舉兩個例子用來引導(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，實現(xiàn)小數(shù)分頻器的電路可由一個基本單環(huán)頻率合成器和累加器、存儲器構(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脈沖刪除電路，在鑒相器與環(huán)路濾波器之間添加一個相加器。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，說明電路工作過程。要求電路輸出頻率fo =5.3fr，在第一個參考周期中，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)過三個參考周期，在第7個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脈沖，再作一次除6，累加器所存余數(shù)變?yōu)?.1。再經(jīng)三個周期又溢出一次，作一次除6，累加器余數(shù)為0。這樣經(jīng)過10個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)確實現(xiàn)N.F=62.45的小數(shù)分頻了。

在上述電路工作過程中，由于fo =5.3fr，即fo 是fr的5.3倍，則每經(jīng)過fr的一個周期，fo為5.3個周期。這樣，在經(jīng)過一個參考周期后，在鑒相器輸入端口就出現(xiàn)了0.3€?€%i的相位誤差。再經(jīng)過一個參考周期出現(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)過環(huán)路濾波器后加到壓控振蕩器VCO，會使VCO調(diào)頻，影響合成器的輸出頻譜。解決此問題的方法是，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，對合成器的輸出信號頻譜有明顯的改善作用。