基于數字鎖相環的溫控變頻電路設計
2008-04-12 00:00:00謝完成
現代電子技術 2008年2期
摘 要：CC4046集成電路鎖相環采用RC型壓控振蕩器，外接RC作為充放電元件，電路簡單、成本低廉、實用價值大，可廣泛應用于廣播電視系統，各種通信系統，以及頻率合成，自動控制及時鐘同步等技術領域。利用數字集成鎖相環組成溫控變頻電路可以克服常見溫控系統可靠性低、抗干擾能力差的缺點，為溫度的精確測量及需要進行溫度檢測控制的設備提供了一種可行的電路設計方案。
關鍵詞：數字鎖相環；相位同步；溫度控制；頻率變換
中圖分類號：TN752 文獻標識碼：B 文章編號：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
鎖相的概念在20世紀30年代提出后，很快就被廣泛地應用在電子和通訊領域中。使用鎖相環PLL（Phase Locked Loop）電路的設備包括存儲器、微處理器、硬盤驅動裝置、射頻無線收發器和光纖收發器等。近年來，集成電路的工作頻率和片內集成的功能正以等比級數的速度增加，高性能的集成電路也被廣泛地應用在高頻無線通訊及光纖通訊中，這也意味著在同一個系統晶片內，同步的問題也變得更加復雜了。而數字集成鎖相環路更有助于發展高性能和低成本的電子系統，高性能的鎖相環頻率控制系統在現代工業自動化、國防高精尖科技等領域有著越來越廣泛的應用，其設計的合理性直接決定整個系統的精度。鎖相環技術應用于應用于溫度檢測電路中，通過溫度度傳感器將溫度的變化轉變為頻率的變化，可以用來精確測量溫度或用于自動控制電路中調節機器的運轉速度。
2 集成鎖相環的基本原理
鎖相環的主要任務是保證本機的振蕩器產生的頻率和相位與接收的基準信號頻率和相位完全相同，使電路工作頻率達到穩定。鎖相環的基本組成如圖1所示，其主要由相位比較器、低通濾波器、壓控振蕩器3部分組成。
3 系統結構及電路設計
3.1 集成鎖相環的結構
如圖2所示為采用了CMOS工藝的數字集成鎖相環CC4060的內部結構及引腳圖。其中，放大器A1對輸入信號υi進行放大和整形。相位比較器（鑒相器）PC1僅由異或門構成，他要求兩個相比較的輸入信號必須各自是占空比為50%的方波；PC2是由邊沿觸發器構成的數字相位比較器，僅在2個相位比較的輸入信號的上升沿起作用，與輸入信號的占空比無關。
3.3 溫控變頻電路的設計
常見的溫度控制系統，是先利用溫度傳感器將溫度的變化轉換為電阻中電流的變化，繼而引起電壓的變化，實現控制功能。雖然其實現容易，但是可靠性低，抗干擾能力差，本文力求解決這一問題。設計思路是將溫度變化轉換為頻率變化加以控制，先借助溫度傳感器和數字集成鎖相環電路把溫度的變化轉變為振蕩器輸出信號頻率的變化，隨著溫度的漸漸升高，信號頻率也隨之慢慢改變，當達到設定溫度時，頻率也將確定。
將電壓信號V變換成頻率信號F在信號檢測電路、現代通信中應用廣泛，用鎖相環電路能方便地實現V/F變換。根據壓控振蕩器的原理，在鎖相環的輸入端或VCO的電壓控制端加一直流電壓，則VCO的輸出頻率會隨輸入信號的瞬時電壓變化而實現V/F變換。反之，也能實現F/V變換。圖4就是根據這一原理實現的溫度→電壓→頻率的信號變換電路。
在圖4中，溫度傳感器AD590將檢測溫度（－50～125 ℃）變換成直流電流，經電阻分壓后得到直流電壓送入精密運放OP-07放大后輸入到CC4060的第9腳，作為壓控振蕩器VCO的控制電壓，從第4腳輸出的頻率信號f0與控制電壓的大小對應成比例。因此，他也和溫度傳感器的直流電壓VT成比例。R4和RP用于調整運放的輸出電壓，R5改變運放的增益。調整R1，Ct使VCO的固有頻率fυ為10 kHz。逐點測量壓控振蕩器的電壓控制曲線Vd和fυ；測量傳感器AD590輸出VT與溫度的關系；調節運放OP-07的放大倍數，即可實現溫度到頻率信號的變換。
參 考 文 獻
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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
