基于AD650的一种锁相环锁定指示方法

[摘 要]简单介绍了几种传统的锁相环指示方法,并着重根据几种典型的锁相环提出了一种新的指示方法,

该方法利用频/压转换器ad650,将锁相环输出的不同频率转换成不同电平输出,从而根据电平的大小范围

判定输出频率是否在正常工作的区间内,并通过发光二极管进行指示。它的优点是电路简单易实现,很大

程度上简化了整个频率综合器的设计。

[关键词]频率综合器 锁定指示 频/压转换器 比较器

[中图分类号]TN773[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0026-02

1 引言

在许多的电子通信中,锁相环频率合成器(又称间接式频率合成)由于自身的灵活性、简便性,在近几十年的发展极为迅速,应用范围日趋广泛。为了即时监测到锁相环路锁定与否,人们提出了锁定指示的处理方法,这样一来,就可以对锁相环甚至频率综合器的工作状态进行实时监测,大大增加了系统的可靠性。

传统的锁定指示方法主要有差拍检波、正交鉴相及微安表指示等几种方法。但由于需要额外的设备支持或指示电路本身的复杂性,实现起来极为不方便。我们所采用的利用频压转换器锁定指示的方法电路简单,易于集成,简化了锁相环指示部分的设计。

2 采用AD650频压转换器判断锁定的原理分析及实现

2.1 原理概述

采用AD650等频压转换器实现锁定指示的原理框图如图1所示。

通常来讲,F/V 转换器的工作频率有一定的上限,所以首先根据环路的鉴相频率Fr的高低,选定一恰当分频比的分频器,将中频信号IF分频至频-压转换器所能承受的输入频率范围内。不同的VCO输出频率对应不同的中频信号,输入到频-压转换器的信号频率也就不同,输出电压也随之改变,也就是说每个PLL输出频点在F/V转换器的输出端对应唯一的输出电平。因此,根据转换器的性能参数和IF范围,预先设置好比较器的比较电平便可方便的监测到VCO的输出状态,并最终以电平的方式通过显示设备(比如发光二极管等)表现出来。

例如某一锁相环路:fi为一固定频率的基准信号,在30MHz～60MHz的范围内变化,步进为5MHz,分频比M为100,最终的显示设备用发光二极管实现。根据已知条件,得知输入至AD650的输入频率为300KHz～600KHz,根据该器件的电路参数,计算出对应的输出电压范围为1.150V～3.96V,于是设置比较器LM2901的比较电平为1.0V和4.0V。则使F/V转换后的电压分别与两电平相比较,1.0V和4.0V分别连接到两组比较器的负输入端V-和正输入端V+,最后两组比较器的输出进行线与之后输出。假设混频器为单边带上变频器,则当VCO的频率在(fi+30)MHz至(fi+60)MHz的范围内锁定时,比较器输出低电平,发光二极管不点亮。一旦环路失锁,VCO的输出频率超出上述范围,比较器输出高电平,二极管导通并点亮。

2.2 AD650的性能

AD650V/F/V(压频或频压转换器)具备了单片集成电路模式所没有的较高工作频率和低非线性的特点。它的工作频率可以达到1MHz。V/F转换的单一性使AD650经常用于模/数转换电路中。它的转换精度相当于一个14位的模/数转换器。

AD650可以作为一个线性度非常好的F/V转换器使用。在输入信号的每一周期,使内部比较器都输出一个低电平,内部的单触发脉冲电路被激活一次,则输入1mA的电流至由R1、R3和Cint组成的积分电路,随着频率的增加,注入到积分器电容的电荷量也在不断增加,当流经R1、R3的漏电流等于注入到积分器的平均电流时,电容Cint两端的输出电压也就趋于稳定了。这种工作模式下的内部及电路如图2所示。

在F/V转换模式中,它还可以用作转速计或FM解调电路中。

2.3 其他电路形式

在输出频率较低的PLL中,也可以直接从VCO输出端耦合出部分能量接入到图3的锁定指示电路。

另外,这里只是介绍了一种方法,在实际工作中可以灵活多用。比如,假定VCO的输出频率较高,则可以耦合一部分输出信号,用一固定频率的参考信号与其进行混频,然后再接入锁定指示电路,同样可以检测到锁相环路的工作状态正常与否。如图3所示。

3 结语

这种指示方法的优点是所用元器件少,电路设计简单易实现,但它的准确性受到VCO输出步进、分频数、F/V转换器和比较器的精度以及他们的电路的限制。输出步进越大,分频数越小,准确度就越高。一般比较器的input offset voltage 为2mV左右,用电阻分压构成比较电平时,必须根据准确度的要求来选定电阻器的精度。

[参考文献]

[1] 戴逸民.频率合成与锁相技术.合肥:中国科学技术大学出版社,1995.

[2] 张有正等.频率合成技术.北京:人民邮电出版社,1984.

[3] AN-279:Using the AD650 Voltge-to-Frequency As a Frequency-to-Voltage Converter.

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