基于数字锁相环的温控变频电路设计

摘 要：CC4046集成电路锁相环采用RC型压控振荡器,外接RC作为充放电元件，电路简单、成本低廉、实用价值大，可广泛应用于广播电视系统，各种通信系统，以及频率合成，自动控制及时钟同步等技术领域。利用数字集成锁相环组成温控变频电路可以克服常见温控系统可靠性低、抗干扰能力差的缺点，为温度的精确测量及需要进行温度检测控制的设备提供了一种可行的电路设计方案。

关键词：数字锁相环；相位同步；温度控制；频率变换

中图分类号：TN752 文献标识码：B 文章编号：1004-373X(2008)02-046-02

Design of Temperature Frequency Conversion Circuit Based on Digital Phase Locked Loop

XIE Wancheng

(Loudi Vocational and Technical College,Loudi,417000,China )[HJ1*3][HJ]

[HJ*2]Abstract：The CC4046 integrated circuit phase locked loop uses the RC Voltage Controlled Oscillator(VCO),the exterior conjunction RC component of charge and discharge,the electric circuit is simple,the cost is inexpensive,the practical value is big,and widely used in the broadcast television system,several communications system,frequency synthesis system,automatic control and clock synchronization system.It overcomes these shortcoming such as low reliability and bad anti-interference to make use of integrated circuit phase locked loop constitutes to temperature frequency conversion circuit.For the accurate diagraph of temperature and need to carry on a temperature examination a control of the equipments provided a kind of viable electric circuit design a project.

Keywords：digital phase locked Loop；phase modulating synchronization；temperature control；frequency conversion

1 引 言

锁相的概念在20世纪30年代提出后，很快就被广泛地应用在电子和通讯领域中。使用锁相环PLL（Phase Locked Loop）电路的设备包括存储器、微处理器、硬盘驱动装置、射频无线收发器和光纤收发器等。近年来，集成电路的工作频率和片内集成的功能正以等比级数的速度增加，高性能的集成电路也被广泛地应用在高频无线通讯及光纤通讯中，这也意味着在同一个系统晶片内，同步的问题也变得更加复杂了。而数字集成锁相环路更有助于发展高性能和低成本的电子系统，高性能的锁相环频率控制系统在现代工业自动化、国防高精尖科技等领域有着越来越广泛的应用，其设计的合理性直接决定整个系统的精度。锁相环技术应用于应用于温度检测电路中，通过温度度传感器将温度的变化转变为频率的变化，可以用来精确测量温度或用于自动控制电路中调节机器的运转速度。

2 集成锁相环的基本原理

锁相环的主要任务是保证本机的振荡器产生的频率和相位与接收的基准信号频率和相位完全相同，使电路工作频率达到稳定。锁相环的基本组成如图1所示，其主要由相位比较器、低通滤波器、压控振荡器3部分组成。

3 系统结构及电路设计

3.1 集成锁相环的结构

如图2所示为采用了CMOS工艺的数字集成锁相环CC4060的内部结构及引脚图。其中，放大器A1对输入信号υi进行放大和整形。相位比较器（鉴相器）PC1仅由异或门构成，他要求两个相比较的输入信号必须各自是占空比为50%的方波；PC2是由边沿触发器构成的数字相位比较器，仅在2个相位比较的输入信号的上升沿起作用，与输入信号的占空比无关。

3.3 温控变频电路的设计

常见的温度控制系统，是先利用温度传感器将温度的变化转换为电阻中电流的变化，继而引起电压的变化，实现控制功能。虽然其实现容易，但是可靠性低，抗干扰能力差，本文力求解决这一问题。设计思路是将温度变化转换为频率变化加以控制，先借助温度传感器和数字集成锁相环电路把温度的变化转变为振荡器输出信号频率的变化，随着温度的渐渐升高，信号频率也随之慢慢改变，当达到设定温度时，频率也将确定。

将电压信号V变换成频率信号F在信号检测电路、现代通信中应用广泛，用锁相环电路能方便地实现V/F变换。根据压控振荡器的原理，在锁相环的输入端或VCO的电压控制端加一直流电压，则VCO的输出频率会随输入信号的瞬时电压变化而实现V/F变换。反之，也能实现F/V变换。图4就是根据这一原理实现的温度电压频率的信号变换电路。

在图4中，温度传感器AD590将检测温度（－50～125 ℃）变换成直流电流，经电阻分压后得到直流电压送入精密运放OP-07放大后输入到CC4060的第9脚，作为压控振荡器VCO的控制电压，从第4脚输出的频率信号f0与控制电压的大小对应成比例。因此，他也和温度传感器的直流电压VT成比例。R4和RP用于调整运放的输出电压，R5改变运放的增益。调整R1，Ct使VCO的固有频率fυ为10 kHz。逐点测量压控振荡器的电压控制曲线Vd和fυ；测量传感器AD590输出VTв胛露鹊墓叵担坏鹘谠朔OP-07的放大倍数，即可实现温度到频率信号的变换。

参 考 文 献

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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。