频率合成技术在中波固态发射机上的应用.pdf

科技创新与应用 I 2 0 l 2 年9 月 ( 上 ) 信 息 技 术 频率合成技术在中波固态发射机上的应用 赵亮 ( 牡 丹江市文化广电新 闻出版局 ， 黑龙江 牡丹江 1 5 7 0 0 0 1 摘要：本文章介绍了频率合成技术在中波固态发射机上的应用，分别阐述了锁相倍频电路及关键部件特性， C D 4 0 4 6在 D A M 全 固态中波数 字调幅发射机的应用。 关键词 ： 中波广播发射机 ； 锁相倍频 电路 ； 锁相环路 ； C D 4 0 4 6 1概述 从 2 O世纪 3 0年代无线技术发展开始 ， 中波广播发射机的振荡 频率主要采用 L 、 c振荡电路晶体振荡电路两种 。尽管 晶体振荡电 路采用 了恒温控制 电路频率的精度和稳定度有所提高。 但这两种振 荡器， 最大的缺点是频率的精度和稳定度都比较差。 在广播发送技术逐步向数字化、 固态化发展的背景下， 频率合 成技术在 中波发射机射频系统中的应用 已经 日益应用 ， C O MS 锁相 环 C D 4 0 4 6在数字化集成技术 中在电路中的应用 比较普遍。该模式 不仅实现了射频激励系统的数字化 ， 同时也极大地提升 了频率 的精 度和稳定性 。 因此 ， 更好 的了解和掌握该技术 ， 对于在工作 中更好地 完成新型发射机维护具有重要意义。 2锁相倍频电路和其关键部件的相关特性 2 ． 1锁相环捕捉特性 2 ． 1 ． 1频率合成技术的关键是锁相环 数字集成锁相环路主要由环路滤波器 、 压控振荡 ( V C O) 以及相 位比较器( 鉴相器) 等部分组成， 基准信号源通过外部输入， 也可以 通过本机来产生。其工作原理如下： 用基准信号和输出端反馈信号 的相位进行比较， 获取一个和两输入信号间相位误差成正比例关系 的误差 电压。再由环路滤波器平衡滤波误差 电压 ， 获取相应控制 电 压后 ， 实现对 V C O振荡频率的控制。在V C O输出一定频率信号的 过程中， 对相位 比较器 的比较信号进行反馈。并针对环路的循环动 态实施调整 ， 让输 出信号频率更接近于基准频率 ， 直至两个信号相 位差保持稳定、 频率同相位， 环路处于锁定状态之中， 实现相位锁定 的 目的。工作 中输 出信号频率会出现一定的偏离 ， 环路进入相应 的 动态频率跟踪 ， 使之再次进入到锁定状态 中。 2 ． 1 ． 2锁相环路实用性 在实际应用中锁相环具有较突 出的灵活性 ， 能够根据不同需要 及不同的实际情况，利用输出信号和基准信号之间的频率关系， 如 差值关系以及 比例关系等 ， 组成适合于不 同设备 的使用电路 。在频 率合成技术当， 主要是将不同的运算器插入到基本锁相环路的反馈 通路之 中， 比较常用的为插入分路器 ， 来实现锁相倍频 电路构成 ， 如 图 1 所示。在广播发射 系统中， C D 4 0 4 6集成块应用较多 ， 由该集 中 块组成数字锁相环 ， 并可形成锁相倍频电路的基本模式 。 图 1锁 相倍 频 电路 2 ． 2 C D 4 0 4 6锁相环的电气功能 2 ． 2 ． 1内部逻辑功能 C D 4 0 4 6集成块主要 由公用放大器( V C O ) 、 线性压控振荡器以及 两个输人端公用但工作相位不同的比较器组成。 通过比较信号输入 端 ， 在比较 器完成相位 比较工作 ， 并 获取 相应 的误 差电压 ， 然后输 出。 在通过外接的环路滤波器 ， 将无用 的的组合频率分量滤除 ， 将无 用干扰分量滤除 ， 最 终形成控制 电压 ， 通过输入 V C O中， 控制 和调 整 V C O的振荡频率， 然后通过 V C O的振荡信号实现输出， 同通过 外接的分频器分频向相位的比较器反馈 比较信号。 2 ． 2 ．2 V C O 振荡范围的确定 V C O由电流镜像网络 、 R C定时元件、电流控制型振荡电路 、 禁 止端电平控制 的电子开关以及源极跟随器共 同组成 的。 控制 电压输 入电路通常由源极跟随器组成。用场效应管 以及外接电阻组成 。 通 过该电路能够实现 自环路滤波器 的控制电压 向为相应控制电流进 行直接转换成 ， 二者直接具有正 比关系。 一 4 2 一 电流镜像网络两路输出电流有着等量的特点。 输人 电压可以对 一 路流入源极跟随器的大小实施直接控制 ； 而另一路提供 给电路对 型振荡电路实现控制 ， 因为电流镜像网络的镜像作用， 造成供给振 荡电路的工作电流和流经源极跟随器的电流一致。所以， 以电流镜 像 网络作 为中介的振荡 电路的工作 电流 ， 间接被极跟随器 的输入控 制电压所控制。 工作电流可以实现实现对定 时电容的充放电速度控制 ； 门电路 控制可 以实现正 、 反状态的动态转化 ， 电路 的翻转可 以受到电容两 端的电压的控制。 在控制 电压 比源极跟随器一支场效应管开启 电压 低时， 相应控制电流为 0 ， 支场效应管截止 ， 然而因为 电路 中并联有 了电阻， 导致电流镜像网络可以提供给振荡器的相应工作电流具有 最小值 。 所以 ， R C 能够实现对最低振荡频率 f m i n的决定作用 ， 同时 也可以决定 V C O值 。当在控制电压大小处于电源电压 V D D和 N l 管开启 电压之间时 ， 伴随着控制 电压的不断变化 ， 相应的 电流镜像 网络工作电流也随之出现改变， 最终促使 V C O的振荡频率变化。 在控制 电压与 V D D一直的情况下，支场效应管管会 出现深度 饱和状 态， 在这种情况下 ， 电流镜像网络会给振荡器 的提供一个最 大的工作电流 ，此时 ， V C O会 同步出现一个受 电阻和电容影响的最 高振荡频率 f m a x 。因此我们可以发现 ， 电阻和电容能够共同起到决 定 V C O的振荡频率范围的作用 。 在一定的频率范围中， 其振荡频率 会受到源极跟随器输入 电压的控制。 3 D A M中波数字调幅发射机中 C D 4 0 4 6的应用 为 了进一步改善载频信号的频率稳定度 ，全面提高其频率精 度 ， 确保其在一定的频率设置中， 频率精度可以达到相应指标 ， 在全 固态中波数字调幅发射机 1 0 K W( D A M) 的相应射频系统当中 ， 也采 取了用 C D 4 0 4 6 作为关键电路构成 了锁相环技术。因此该中波广播 频段具有 9 K H z 的频率间隔， 所 以， 为了确保整个 中波段 内所有载频 的设置 ， 以及更加方便地进行频率修改 ， 该射频激励板采用 了间隔 9 K H z 的锁相环频率合成器设计。 基准信号源 ： 锁相环的基准信号源一般是用 1 ~ 1 0 的高频率稳 定恒温晶体做发 出的 4 ． 6 0 8 M H z 信号通过进一步分频 而获取 的 ， 所 有 ， 根据上文所述 ， 在 5 3 1 K H z 一 1 6 0 2 K H z 频段 的任何载频 中， 全部有 着和 4 ． 6 0 8 MH z 信号所对应的频率指标 。经接插件 ， 4 ． 6 0 8 MH z 信号 直接将输送 给电压送到 比较器但 中， 再经过整形之后 ， 其波形会从 正弦波转变为方波 ，再通过 1 4级串行二进制计数器进行 5 1 2 次 的 固定分频 ， 最终可以获取锁相环 9 K H z 信号 ， 并将其送到锁相倍频 电 路当中。 锁相环频率合成器 ： C D 4 0 4 6 ，通常由组成的环路滤波器和可编 程分频器构成锁相环频 电路 。 可编程分频器 ： 为了到达输 出信号的频率对整个 中波频段实现 全 面覆盖 。在反馈环 中将可编程分频器 插入其中。从 5 3 1 K H z 至 1 6 0 2 K H z 波段 。进行 5 9至 1 7 8此的分频 ， 最大分频次数为三倍 数 ， 因此 ， 可编程计数器 ， 为三位 十进制分频器 ， 可 以对接于外围的分频 进行改变 ， 并可以把开关 ， 对应百 、 十 、 个位数值进行设置 ， 并实现对 输出频率及载频的改变。 海纳公司生产 的 D A M一 1 0 K W 发射机 ，就是应用 以 C D 4 0 4 6为 核心组成的频率合成器 。总之 ， 以 C D 4 0 4 6锁相环用途非常广泛 ， 在 当前较为常用的频率合成技术 中，除上述锁相环倍频电路 以外 ， 在 混频器和中波滤波器 ， 反馈通道中分别插人倍频 器 、 构成锁相分频 电路以及锁相混频电路 中均有广泛应用。 作者简介 ： 赵亮( 1 9 7 1 一 ) ， 男， 1 9 7 1 年生， 黑龙江省牡 丹江，牡丹 江市文化广电新 闻出版局 ， 大专。 万方数据