随着通信技术的发展，高频率稳定的信号源越来越得到人们的关注，然而产生高频的振荡电路很难得到，因此人们将眼光转向频率合成，本文所研究的的课题即为锁相合成。它可以产生一系列高频信号，同时也满足了高稳定度和高精度的要求。因此锁相频率合成技术得到广泛应用。本文主要研究设计了一种锁相环频率合成电路，使用了ADF4350集成锁相环芯片来设计，在研究了该芯片工作原理及性能后，我设计了锁相环频率合成电路的硬件电路，并进行了参数设计，本设计使用STC12C5204AD控制锁相环芯片，通过计算机串口写入。最终通过绘制PCB、调试，实现了锁相环频率合成器，实际测试结果表明该合成器性能良好。关键词 锁相环,频率合成器,ADF4350
目 录
1 引言 1
1.1 频率合成技术介绍 1
1.2 频率合成器性能技术指标 3
1.3 频率合成技术发展现状 3
2 锁相环频率合成器的理论研究 4
2.1 锁相环的基本结构 4
2.2 锁相环的基本工作过程 7
3 锁相环频率合成器硬件设计及实现 8
3.1 集成锁相环芯片ADF4350简介 8
3.2 单片机STC12C5204AD简介 10
3.3 硬件电路设计 11
3.4 PCB图设计 16
3.5 本章小结 17
4 锁相环频率合成电路软件设计和实现 17
4.1 软件开发环境与开发语言 18
4.2 锁相环芯片内部寄存器配置程序设计 18
4.3 程序设计流程 19
4.4 本章小结 20
5 锁相环频率合成电路调试和分析 20
5.1 锁相环频率合成器PCB实物实现 20
5.2 锁相环频率合成器调试 21
结论 23
致谢 24
参考文献25
附录A 原理图 26
附录B 程序代码 27
1 引言
在现代通信系统中，对发送信号的设备与接收信 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: &351916072& 
号的设备都有很高的的频率稳定度和精度要求。例如，在宇宙探测通信中，频率稳定度要求达到10−11这一非常精确的数量级。实际使用中，许多通信设备都能在一段较宽的波段内工作，但都要求具有很多的能够稳定工作的频率点。对于现代的通信系统，不但要求能在某一工作波段内具有极高的频率稳定度和准确度，而且要求该通信系统能够方便迅速的改变频率。
频率合成技术，就是使用一个或几个稳定度很高的晶体振荡器产生许多等间隔的、离散的、高稳定度频率的一项十分强大的技术[1]。一般我们把能够实现频率合成功能的设备称为频率合成器，它在现代通信系统中起着十分重要的作用，可以为通信设备提供大量的载波信号，并且这些载波信号频率十分精确并且相互之间可以快速切换。
1．1 频率合成技术介绍
频率合成技术起源于上世纪30年代左右，但它的发展非常迅速，技术的发展已经经历了三代，分别是直接式频率合成、锁相环频率合成、直接数字式频率合成[2]。下面我将介绍这三种技术。
1.1.1 直接式频率合成
直接式频率合成技术作为第一代频率合成技术，也就是最初的频率合成技术，它的原理可以说是比较简单的。直接式频率合成使用一个或几个不同的晶体振荡器作为基准信号源，经过倍频、分频、混频等途径产生输出[3]。双混频——分频模式是最简单的直接频率合成模式，也是曾经最受欢迎的方法，结构如图片1.1所示，首先输入信号????????????与????1混频，通过带通滤波器滤除不需要的频率分量，再与????2+????3进行混频，再经过一个低通滤波器，再经过分频得到想要的输出????????????+????3/10,其中????2和????3称为辅助信号，其作用是使混频器输出的和频率和输出的差频率之间间隔变大，便于滤除。
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图1.1 直接式频率合成图
直接式频率合成技术的主要优点是输出信号稳定度很高，频率变换速度较快，原理较为简单，相位噪声较低，但它仍存在很多缺点，例如调试难度大，电路复杂，成品过高，杂散抑制度较低。
1.1.2 锁相式频率合成
锁相式频率合成是第二代频率合成技术，首次出现在上世纪50年代，也被称为间接式频率合成器。我们可以将锁相式频率合成看作是一个相位误差控制系统。它使用一个或几个晶体振荡器作为参考频率源，通过混频和分频产生许多频率很稳定的信号，然后利用锁相环的特性把压控振荡器的频率锁定在某一值[4]。这种方法的优点是电路简单，频率稳定，杂散抑制好，但频率切换速度比较慢。
1.1.3 直接数字式频率合成
直接数字式频率合成是第三代频率合成技术，也是现阶段最常用的频率合成方法。上世纪70年代，数字集成电路和微电子技术的飞速发展导致人们对更高效的频率合成技术的渴望日益增长，直接数字式频率合成法作为一种新颖并且高效的合成方法应运而生。它是一种非常高效的频率合成技术，它基于相位概念来进行频率合成，它采用了先进的数字采样存储技术，它的工作原理图如图1.2所示。
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图1.2 直接数字式频率合成原理框图
DDS有以下两种合成方式：一种是根据正弦函数关系式[5]，通过计算机来进行运算，在这种方法中，我们会将数据按照固定的时间间隔输入计算机，求出瞬时幅值并立刻送入DAC，从而合成出频率满足需求的正弦波，这种合成方式有很多优点，它的电路非常简单，成本很低，合成信号频率分辨率很高，但它的缺点也比较明显，由于计算机计算速度的限制，合成信号的频率一般较低，一般只有几千赫兹。另一种合成方式是不使用计算机运算，转而采用硬件电路来设计，也就是利用高速存储器的优越性能，存储很多正弦波，当然，这些正弦波的频率是不同的，然后按照查表的方式，在频率控制字的控制下按均匀的速率将这些存储起来的正弦波输入到高速DAC[6]，变换成我们所需要的信号，由于这种合成方式采用了高速存储器，并且通过高速存储器输出波形来产生正弦波幅值数据，因此合成出来的信号频率已经可以达到很高了，是目前最受人们欢迎的DDS频率合成方式。
与其他频率合成方式相比，DDS有很多突出的优点，例如很容易集成，频率合成器占用的体积较小，消耗的能量很少，频率之间的切换非常快，可以几乎完全实时的以连续相位切换频率，频率分辨率非常高，价格比较低，具有精准的相位[7]。除正弦波以外，这种方法还可以产生其他任何需要的波形，它们的频率也符合要求，因此这种方法也被称为波形合成法。

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