頻率鎖相技術(shù)實(shí)際應(yīng)用淺析

李 昆 李一褐

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頻率鎖相技術(shù)實(shí)際應(yīng)用淺析

李 昆 李一褐

（錦州市廣播電視臺(tái) 遼寧 錦州 121001）

文章以上海卉波研發(fā)的中波固態(tài)發(fā)射機(jī)為基礎(chǔ)，分了頻率鎖相技術(shù)在設(shè)備中的應(yīng)用與應(yīng)急處理，讓廣大工作者深入掌握鎖相環(huán)路的特點(diǎn)、組成、原理，尤其掌握發(fā)射機(jī)如何以 CD4046為核心構(gòu)成鎖相環(huán)頻率合成器的基本概況。

鎖相環(huán)；壓控振蕩器；數(shù)字集成鎖相

1 引言

鎖相技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)非常的成熟，尤其是數(shù)字集成鎖相環(huán)電路的出現(xiàn)，為廣播電視發(fā)射設(shè)備的升級(jí)替代提供了強(qiáng)有力地保障，并在廣播電視、通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。上?；懿ü窘M裝的型號(hào)為 TSD-10全固態(tài)中波廣播數(shù)字發(fā)射機(jī)在全國中波發(fā)射臺(tái)使用較為普及，此類發(fā)射機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，高效安全。下面就以TSD-10 10KW中波廣播發(fā)射機(jī)為例，簡(jiǎn)單介紹鎖相環(huán)電路的組成、原理及在中波廣播實(shí)際中的應(yīng)用。

2 鎖相環(huán)電路組成及原理概述

鎖相環(huán)路屬于反饋電路的形式，其英文簡(jiǎn)稱PLL。其原理實(shí)質(zhì)是環(huán)路自振信號(hào)的頻率和相位受控于具有參考量的外部信號(hào)。由于電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鎖相環(huán)電路啟動(dòng)后，會(huì)針對(duì)輸入信號(hào)的頻率進(jìn)行自動(dòng)校正跟蹤，直到輸出信號(hào)的頻率無限趨于輸入信號(hào)的頻率，并且與輸入信號(hào)的電壓具有固定相位差，網(wǎng)絡(luò)端口兩端電壓相位被鎖定，這就是鎖相環(huán)路獨(dú)有的跟蹤—鎖定兩個(gè)顯著的特性?；诖斯逃刑匦枣i相環(huán)路被大范圍應(yīng)用在廣電、通訊、電子信息工程等核心電路中。

構(gòu)成鎖相環(huán)路的單元電路包括相位比較器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)、和壓控振蕩器（VCO)三部分。相位比較器把端口輸入信號(hào)的頻率相位作為基準(zhǔn)，與經(jīng)壓控振蕩器輸出口反饋回來的信號(hào)進(jìn)行比較，相位比較器在工作比值內(nèi)，檢測(cè)有相位差存在，即生成誤差信號(hào)，此信號(hào)與端口兩端電壓差成正比例關(guān)系，信號(hào)通常是被交流分量調(diào)制的直流電平。直流電平經(jīng)濾波器濾除交流分量后的形成的誤差信號(hào)，去控制壓控振蕩器，使頻率朝相位誤差減小的方向改變，最終達(dá)到入口基準(zhǔn)信號(hào)和壓控振蕩器輸出信號(hào)之間的任何頻率差或相位差為零，這時(shí)環(huán)路被跟蹤鎖定。

3 CD4046數(shù)字集成鎖相環(huán)電路的應(yīng)用

3.1 CD4046元件簡(jiǎn)介

CD4046集成元件外觀看屬于雙列插拔16腳元件，內(nèi)部大致包含公用的放大器，線性壓控振蕩器和輸入端共用但工作方式不同兩個(gè)相位比較器組成。還有二極管穩(wěn)壓器和作用于解調(diào)輸出的源極跟隨器。元件特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（3v---18v)。輸入阻抗高（約100M歐），動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率為100khz下功耗僅為600uw，屬于微功耗器件。

3.2 CD4046數(shù)字鎖相環(huán)的組成及工作原理

使晶體振蕩頻率大于端口輸出信號(hào)頻率的電路是分頻器。反之稱為鎖相倍頻器，以上兩種電路被應(yīng)用在現(xiàn)代電子技術(shù)中，也包括廣播電視系統(tǒng)。目前，頻率合成技術(shù)采用以cd4046數(shù)字集成鎖相環(huán)作為頻率合成電路就是在反饋環(huán)路中串接除法器起到分頻作用，形成鎖相倍頻器。

以往廣播電視信號(hào)源所采用的高精度振蕩頻率，通常由石英晶體振蕩器提供。可頻率固化后的石英晶體，頻率是不能改變的，相反采用鎖相環(huán)路倍頻器的頻率合成技術(shù)，改變工作頻率非常靈活、并且振蕩后輸入的信號(hào)超穩(wěn)定。

無論什么形式的鎖相環(huán)路工作狀態(tài)最終會(huì)被鎖定。鎖定時(shí)只存在相比信號(hào)的相位差，而沒有頻率差，正是基于鎖相環(huán)路這一頻率特性，在頻率自動(dòng)控制應(yīng)用、頻率合成技術(shù)、自動(dòng)追蹤等諸多設(shè)備電路中被普及應(yīng)用。

3.3 鎖相環(huán)頻率合成器在中波全固態(tài)數(shù)字發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

上?；鼙脊井a(chǎn)出的TDS-10中波數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)也采用以 CD4046為核心的數(shù)字集成鎖相環(huán)頻率技術(shù)的目的就是保證發(fā)射機(jī)可以得到高穩(wěn)定度的載波頻率和高精準(zhǔn)度的頻率。并滿足所需頻段頻率自由設(shè)置，正常發(fā)射工作的需求，無論廣播工作頻率為何，都可達(dá)到與基準(zhǔn)信號(hào)源相同的指標(biāo)。根據(jù)廣播電視部規(guī)定，廣播電視頻段中，分配給中波廣播頻段的頻率范圍是531~1602KHz，頻率間隔為9 KHz，為了適應(yīng)發(fā)射機(jī)可在中波全頻段任意切換不同頻率來進(jìn)行工作，在TDS-10中波發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)中也將射頻激勵(lì)板采用最小間隔為9 KHz的鎖相環(huán)頻率合成器。在中波頻段的每一個(gè)載頻上都具有與4.608MHz信號(hào)倍數(shù)相當(dāng)?shù)念l率。為了保證產(chǎn)生4.608MHz標(biāo)準(zhǔn)頻率作為鎖相環(huán)路的基準(zhǔn)信號(hào)源。TDS-10固態(tài)數(shù)字調(diào)幅發(fā)射機(jī)選用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10的八次方的恒溫晶體振蕩器。

電路工作分析，恒溫晶振輸出的4.608 MHz信號(hào)經(jīng)過插接線 J6送到電壓比較器 N1 A，信號(hào)波形經(jīng)過放大改變由原來的正弦波輸入轉(zhuǎn)換方波輸出，此信號(hào)送到 CD4042二進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成的固定分頻器 D2中，在電路內(nèi)部進(jìn)行512次固定分頻后，得到頻率為9 KHz的基準(zhǔn)信號(hào)，送入鎖相倍頻電路中進(jìn)行比較。鎖相倍頻數(shù)字電路（CD4046）標(biāo)注為 D4，輔助元器件還有 R8、 R9、 C5構(gòu)成的低通濾波器，和以及可編程計(jì)數(shù)器 D6、 D8、 D10組成的三位十進(jìn)制 BCD分頻器。

數(shù)字頻率合成器中壓控振蕩器產(chǎn)生的射頻信號(hào)，按事先設(shè)置的分頻數(shù)，通過改變分別接于 D6、 D8、 D10的分頻開關(guān) S2、 S3、 S4的所代表的二進(jìn)制“8、4、2、1”碼，來轉(zhuǎn)換設(shè)定分頻次數(shù)的百位、十位、個(gè)位數(shù)值。通過BCD可編程分

4 結(jié)束語

實(shí)踐驗(yàn)證以 CD4046為核心的鎖相環(huán)技術(shù)在中波數(shù)字發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)中波發(fā)射機(jī)數(shù)字化集成化提供了高級(jí)精度穩(wěn)定的射頻激勵(lì)源，進(jìn)一步改善發(fā)射信號(hào)的播出質(zhì)量。

[1]陳曉衛(wèi).全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)使用與維修［M]. 中廣播電視出版社.

[2]張間斌.鎖相與頻率和成［M].高等教育出版社.

the article takes Shanghai ou wave to research and development, on the basis of the medium wave solid state transmitter points frequency phase locking technique in the application of the equipment and the emergency treatment, make the broad masses of workers to further grasp the characteristics of the phase lock loop (PLL), the composition, principle, especially how to master transmitter based on CD4046 constitute the basic situation of PLL frequency synthesizer.

phase-locked loop; Voltage controlled oscillator; Digital integrated lock phase.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.11.052

TN752

A

1672-9129(2017)11-0044-02

李昆（1974.05-），男，漢族，遼寧錦州人，通訊工程專業(yè)畢業(yè)，大學(xué)本科?，F(xiàn)就職于遼寧省錦州廣播電視臺(tái)發(fā)射中心317臺(tái)司職主任。

李一褐（1985.07-），男，漢族，遼寧錦州人，碩士研究生學(xué)歷?，F(xiàn)就職于遼寧省錦州廣播電視臺(tái)發(fā)射中心318臺(tái)。