1GHz锁相源的研制-毕业论文.doc

目 录 1 引言 4 2 设计详细指标要求 4 3 方案设计 4 3.1 系统分析与理论计算 4 3.2 设计方案论证 5 3.2.1 信号发生电路 5 3.2.2 信号放大电路 7 3.2.３ 功率调节电路 7 3.2.４ 滤波电路设计方案 7 3.2.５ 控制电路 7 4 系统实现 8 4.1 硬件设计 8 4.1.1 信号发生电路设计 8 4.1.2 输出滤波电路设计 9 4.2 软件设计 12 4.2.1 软件流程 12 4.2.2 电磁兼容和功耗相关的软件设计要点 12 5 设计性能测试与分析 12 5.1系统测试方法 13 5.2 设计测试性能数据 13 5.3 测试结果分析 13 结论 14 致谢 14 参考文献 15 附录1：整机外观图 16 附录2：系统PCB版图 17 1 引言 信号源是指测量用信号发生器它是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号设备, 是电子测量中最基本,最广泛的电子测量仪器之一.VHF以上频段，价格非常昂贵。即使条件好的高校，在射频微波电路的教学过程中，也不可能大量配置。开发一种频段较高、指标要求适合教学使用的信号源，供高校在相关课程的教学使用，具有非常重要的现实意义。 本项目基于上述目的，开发一种性价比高的射频信号源，供高校射频微波教学实验使用。 2 设计详细指标要求 目前,移动通信频段在800MHz以上，如最常用的GSM移动通信，其上行频率范围在890～915MHz, 上行频率范围在 935～960MHz, 因此，从贴近实际应用考虑，本项目的频率范围覆盖这个频段。 本系统达到如下功能： (1)射频信号输出：由用户设置输出信号功率和频率，通过射频接口供用户使用； (2)用户操作界面：通过键盘实现用户控制，通过数码管实现当前功率和频率的显示； 本系统的技术指标如表1所示。 表1 1GHz射频信号源技术指标 频率范围 848～1118MHz 频率精度 50KHz 功率范围 -57dBm～-5 dBm 功率精度 1dB 相位噪声 -60 dBc/Hz, 在频偏±100 KHz 杂散抑制 36 dBc 输出阻抗 41～61 Ohm 3 方案设计 3.1 系统分析与理论计算 参考频率使用Fr=100MHz，经过14位的R计数器，其值设置值为2000，使得分频后频率为Fr’=Fr/R=50KHz，另一方面，输入Rf信号经过N计数器，其值为B·P+A,使得Rf’=Rf/(B·P+A),然后Fr’和Rf’进入鉴频鉴相器PFD，使得Fr’=Rf’,即Rf=Fr·(B·P+A)/2000。 根据设计任务的功能要求，本系统由信号发生电路、信号放大电路、功率调节电路、滤波电路和控制电路构成，其系统原理如图1所示。 3.2 设计方案论证 2.1 信号发生电路 近年来，随着无线电通信技术的迅速发展，锁相环和频率合成技术在各个领域得到了广泛的应用。由于锁相环具有跟踪特性、窄带滤波特性和锁定状态无剩余频差存在，因此在频率合成技术中采用锁相环路可以产生频率准确度很高的振荡信号源。 锁相环已从最初仅为线性模拟锁相环发展到目前以数字锁相环为主。电荷泵锁相环(CPPLL)以其锁定相差小和捕获范围大的优点成为当前数字锁相环的主流。电荷泵锁相环具有低功耗、高速、低抖动和低成本等特点,在无线电通信、频率综合器、时钟恢复电路中被广泛采用。0构成鉴频鉴相器、电荷泵和内置分频器 TRF3750是TI公司的一款高性能CPPLL频率合成芯片，具有超低的相位噪声，内含双模前置分频器、14位R计数器、6位A计数器和13位B计数器实现内部分频。内含鉴频鉴相器和充电泵。三线串行接口具有完备的可编程能力。另外，具有锁定显示功能和省电(POWER DOWN)功能。 2）OPA365构成环路低通环路低通滤波器的作用是滤除鉴相器输出电流中的无用组合频率分量及其他干扰分量,以保证环路所要求的性能,并提高环路的稳定性环路低通滤波器源滤波器有源滤波器有源滤波器因为采用放大器而引入噪声，所以采用有源滤波器的PLL产生的相位噪声性能会比采用无源滤波器的PLL差。因此在设计中我们尽量选用无源滤波器。其中三阶无源滤波器是最常用的一种结构。电荷泵电流通过环路滤波器积分后的最大控制电压低于Vp。如果VCO/VCXO的控制电压在此范围之内，无源滤波器能够胜任。 当VCO的控制电压接近Vp，需要用有源滤波器在对环路误差信号进行滤波的同时，也，从而调整VCO/VCXO控制电压到的范围。有源滤波器如何选择有源滤波器的放大器？关心一下的指标： 低失调电压（Low Offset Voltage） 通常小于500uV低偏流（Low Bias Current） 通常小于50pATI公司的OPA365是一款性能优良的运算放大器，其主要技术指标如下： 低失调