PLL锁相环路混频器的研究与设计,

摘要:本毕业设计PLL锁相环路混频器的研究与设计讲述了PLL锁相环路的产生及发展过程，锁相环路的结构组成，PLL锁相环路工作状态及其基本性能的分析，着重分析了PLL锁相环路混频器的结构和工作原理，重点介绍了基于MC3362的FM接收机毕业设计，它是一个典型的PLL锁相环路和混频功能相结合的接收机毕业设计。它对频率进行跟踪锁定操作，使图象更加稳定，声音不容易失真，立体感更强。通过对本课题的学习和研究，对于PLL锁相环路和混频器电路进行了一定的理解和掌握。锁相环技术近十几年来应用得越来越广泛，凡是要求精度及自动化程度高的电子毕业设计都离不开锁相环。同样，在频率合成技术方面，由于锁相环的应用，使得我们获得高稳定度和高精确度的大量离散频率成为可能。同时，在现代通信领域，发射机和接收机的混频实现也是应用了PLL锁相环路。其主要特点是：体积小，可以采用大规模集成电路。


关键词： PLL锁相环；混频器；频率合成；MC3362
 

目录

1  绪论......................................................................................................................................1
   1.1  PLL锁相环路的发展及应用背景………………………………………………….1
       1.1.1  PLL锁相环路的发展………………………………………………………..1
       1.1.2  PLL锁相环路的主要特性…………………………………………………..2
       1.1.3  PLL锁相环路的的应用领域………………………………………………..3 [来源：http://think58.com]
2  PLL锁相环路……………………………………………………………………………...4
   2.1  锁相环路的组成…………………………………………………………………….4
2.1.1  鉴相器………………………………………………………………………..4
       2.1.2  低通滤波器…………………………………………………………………..5

       2.1.3  压控振荡器…………………………………………………………………..6
       2.1.4  锁相环的工作原理…………………………………………………………..8
       2.1.5  锁相环的同步和捕捉………………………………………………………..9
       2.1.6  锁相环路的相位模型和环路方程…………………………………………..9
   2.2  锁相环路的基本性能分析…………………………………………………………10 [来源：http://www.think58.com]
       2.2.1  一阶锁相环性能分析……………………………………………………….10
       2.2.2  二阶锁相环路线性相位模型和传递函数………………………………….12
3  混频器……………………………………………………………………………………14
   3.1  混频器电路的结构…………………………………………………………………14
   3.2  混频器的技术指标…………………………………………………………………15 [资料来源：THINK58.com]
       3.2.1  混频增益Kpc………………………………………………………………...15
       3.2.2  噪声系数NF…………………………………………………………………16
       3.2.3  混频失真与干扰…………………………………………………………….16
       3.2.4  选择性……………………………………………………………………….16 [资料来源：http://think58.com]
       3.2.5  隔离度……………………………………………………………………….16
   3.3  混频器电路…………………………………………………………………………16
       3.3.1  晶体管电路………………………………………………………………….16
       3.3.2  三极管混频器电路………………………………………………………….18 [来源：http://www.think58.com]
4  PLL锁相环路混频器…………………………………………………………………….19
   4.1  中频放大器………………………………………………………………………...19
   4.2  锁相混频电路……………………………………………………………………...20
5  基于MC3362的FM接收机……………………………………………………………..21
   5.1  MC3362…………………………………………………………………………….21
       5.1.1  MC3362主要性能特点…………………………………………………….21
       5.1.2  引脚说明……………………………………………………………………21
       5.1.3  MC3362的内部结构如附录A所示：……………………………………23
   5.2  频率合成…………………………………………………………………………...23
       5.2.1  频率合成技术………………………………………………………………23 [版权所有：http://think58.com]
       5.2.2  频率合成器…………………………………………………………………24
5.3  基于MC3362的FM接收机……………………………………………………...25
     5.3.1  基于MC3362的FM接收电路原理图如附录B所示：………………...25
     5.3.2  电路说明…………………………………………………………………....25
     5.3.3  片外电路的设计……………………………………………………………26
           5.3.3.1 频率合成器（第一本振电路）…………………………………...26
           5.3.3.2 第二本振电路……………………………………………………...26
           5.3.3.3 其它外围电路……………………………………………………...27
6  结论…………………………………………………………………………………..28
致谢……………………………………………………………………………………….29
参考文献………………………………………………………………………………….30
附录……………………………………………………………………………………….31
    附录A  MC3362内部结构图……………………………………………………...31
    附录B  毕业设计电路原理图…………………………………………………………..32

 

 

部分毕业设计：
1.1.2 PLL锁相环路的主要特性
从上面的论述我们知道了锁相环路具有一些相当优良的功能，且成本低、使用方便，因而它已成为电子技术领域中一种相当有用的技术手段，获得了越来越广泛的应用，并且随着PLL锁相技术的不断发展，其性能也在不断地提高，归结起来，锁相环路引人注目的优良特性有如下四个：

(1) 锁定特性
环路对输入的固定频率锁定以后，两信号的频差为零，只有一个很小的稳态剩余相差。这是一般自动频率微调毕业设计（AFC）做不到的，正是由于锁相环路具有可以实现理想的频率锁定这一特性，使它在自动频率控制与频率合成技术等方面获得了广泛的应用。

(2) 载波跟踪特性
无论输入锁相环路的信号是已调制或未调制的，只要信号中包含有载波频率成分，就可将环路设计成一个窄带跟踪滤波器，跟踪输入信号载波成分的频率与相位变化，环路输出信号就是需要提取（或复制）的载波信号。这就是环路的载波跟踪特性。

(3) 调制跟踪特性
只要让环路有适当宽度的低频通带，压控振荡器输出信号的频率与相位就能跟踪输入调频或调相信号的变化，即得到输入角度调制信号的复制品，这就是调制跟踪特性。利用环路的调制跟踪特性，可以制成角调制信号的调制器与解调器。

(4) 低门限特性
锁相环路不像一般非线性器件那样，门限取决于输入信噪比，而是由环路信噪比决定的。一般环路的通频带总比环路输入端的前置通频带窄得多，因而环路信噪比明显高于输入信噪比，环路能在低输入信噪比条件下工作，即具有低门限的优良特性。这样，只要将环路设计成窄带，就可把淹没在噪声中的微弱信号提取出来。这样的环路用于解调调频、调相信号时，可取得门限的扩展的效果；用于解调数字调制信号时，可使误码率降低[1]。


1.1.3 PLL锁相环路的应用领域
由于锁相环路有上述种种优良的特性，再加上集成锁相环的出现，使锁相环路在电
子技术等各个领域获得了广泛的应用，下面对锁相环在不同领域中的应用情况作一简单
的概述。
(1) 在通信中的应用
主要用于短波，超短波发、收信机中的主振与本振源，有线通信中的载波供给，微波卫星通信中的微波固态源与微波功率放大器，数字通信中的载波同步、码元同步和网同步，以及上述各种通信毕业设计中的调制与解调，自动频率微调等毕业设计中。

(2) 在导航设备中的应用
主要用于飞机、轮船和舰艇的导航定位监视毕业设计中。

(3) 在空间技术中的应用

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主要用于卫星、导弹、火箭和飞船的测速定轨、测距与遥控数据获取毕业设计中。

(4) 在电视及高保真设备中的应用
主要用于电视机同步、门限扩展解调、色差副载波提取与色差信号的同步检波，全国电视台的锁相连播同步毕业设计，高保真设备中的立体声多路解码（MPX）、频率合成式调谐器、四声道解调器（CD-4）及走带电机速度控制毕业设计中。
(5) 在计算机中的应用
主要用于各种钟频信号的供给、磁盘转速同步与控制等毕业设计中。

(6) 在测量仪表中的应用
主要用于频率合成器、自锁信号发生器、相位振幅仪（矢量电压表、微波网络分析仪）、相位噪声测试仪、频谱分析仪、锁相计数器、阻抗测试仪、电平振荡器、频偏仪、微波固态源、微波功率放大器以及微波相位调整器等仪表中[3]。
 

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4 PLL锁相环路混频器

4.1 中频放大器 
中频放大器的主要作用是：提高整机增益，抑制邻道干扰。中频放大器工作频率固定并且较低，所以容易获得较高的稳定增益，中频放大器对电路的灵敏度和选择性两项性能指标起很重要作用。
对中频放大器的要求是：
(1) 增益要求高。主要是通过中频放大器来恢复经混频后大大衰减的信号能量。

(2) 选择性要好。中频放大器的选择性主要用于抑制频率很靠近有用信号的邻道

干扰，在抑制干扰的同时还必须保证有用信号的不失真传输。中频放大器选择性好坏不能简单地用半功率点通频带来衡量，而应看其谐振曲线是否接近理想矩形，选择性特性曲线越接近矩形越好。

(3) 工作要稳定。为了获得大的增益，中频放大需要采用多级放大器。由于信号幅度大，放大器级数越多，容易产生不稳定，因此中频放大器要有高的稳定性。

（4）AGC（自动控制增益电路）控制范围要大。电路可能收到的信号的幅度变化范围很大，为了保证输出信号幅度基本平稳，对于主要提供增益的中频放大器来说，一定要具有一定范围的AGC控制功能。
总之，中频放大器应该是一个矩形系数接近1，工作稳定的高增益放大器。
中频放大器同样为高频小信号调谐放大器，有放大器件和带通滤波器（或调谐回路）两部分组成。从电路形式上看中频放大器和高频放大器没什么两样，区别仅仅在于两者的工作频率不同。一般在中频放大器后的选频网络为较复杂的具有固定中心频率的带通滤波器，其中L1,C2为输入调谐回路；L3,C6为输出调谐回路。3脚、6脚通过电容接地，使放大器构成单端输入、单端输出电路。AGC电压从2脚输入，以调节放大器的增益，MC1590的AGC范围可达60dB。L2,C5,C7组成电源去耦滤波电路。

 

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参考文献 [1] 张厥盛,郑继禹,万心平.锁相技术[M]. 西安：西安电子科学技术出版社，1994.6
[2] 万心平．集成锁相环路原理、特性及应用[M]．北京：人民邮电出版社，1996
[3] 陈世伟．锁相环路原理及应用[M]．北京：兵器工业出版社，1990
[4] 韩广兴. 最新彩色电视机的原理与维修[M]. 北京: 电子工业出版社，2002
[5] 高如云,陆曼茹,张企民,孙万蓉.通信电子线路[M].西安：西安电子科学技术出版社，2002.7
[6] 杨霓清,高频电子线路[M].北京：机械工业出版社，2007.2
[7] 姜晖.通信电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.8
[8] 严国萍.通信电子线路[M].北京：科学出版社，2005
[9] 铃木宪次.高频电路设计与制作[M].北京：科学出版社，2005
[10] 何丰.通信电子线路[M].北京：人民邮电出版社，2003.3
[11] 庄  卉. 锁相与频率合成技术[M]. 北京：气象出版社，1996
[12] 胡华春. 数字锁相环路原理与应用[M]. 上海：上海科技出版社，1990
 

毕业设计附件图：
 

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