基于Σ-Δ调制技术的宽带频率合成器

摘要

随着通讯技术的发展，对信号源的要求日益苛刻。信号源必须要有宽的频率范围、极高的频率分辨率和频谱纯度。频率合成器是现代通讯技术的重要组成部分，广泛应用于通讯、雷达、精密仪器、高速计算机和导航系统。 分数分频的方法可以使锁相环达到非常高的分辨率，但同时又引入了分数杂散的问题。∑-△调制频率合成技术是在传统小数分频的基础上发展起来的新型频率合成技术。其原理是利用对分频比实施∑-△调制的方法使分数分频的相位噪声频谱向高频移动，并通过锁相环的环路滤波器滤除，从而实现单环即可获得很高的分辨率和极低的相位杂散。 本文在阐述∑-△调制理论，分析其数学模型，噪声整型特性的基础上，结合传统的小数分频频率合成器，将∑-△调制技术应用于小数分频频率合成器。在本课题中，作者参与了系统整体方案的制订和指标分配的工作，设计并实现的硬件电路包括两个锁相环，∑-△调制分数分频器和微带低通滤波器等。其中，4GHz～7GHz锁相环由∑-△调制，在10MHz的参考频率下，成功实现小数点后七位频率分辨率。该环路的频率分辨率决定了整个频率合成器的分辨率。 实践证明，∑-△调制技术可以在一定程度上改善小数分频的杂散。本课题亦可以作为低成本信号源的解决方案。

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第一章绪论

1.1引言

1.2频率合成器的种类及其原理

1.2.1直接模拟式频率合成

1.2.2锁相式频率合成

1.2.3直接数字式频率合成

1.2.4混合式频率合成

1.3频率合成器指标

1.4本设计频率合成器设计方案

第二章锁相环路基本工作原理及电路设计

2.1锁相环基本原理

2.1.1锁相环工作过程

2.2鉴相器原理及设计

2.2.1鉴相器简介

2.2.2本课题鉴相器的设计

2.3环路滤波器原理及设计

2.2.1环路滤波器简介

2.2.2最佳环路带宽的选择

2.2.3本课题环路滤波器的设计

2.4压控振荡器(VCO)

2.3.1 VCO简介

2.3.2本课题VCO的设计

第三章∑-△调制频率合成原理与设计

3.1量化原理及过采样技术

3.1.1基本量化原理及量化噪声的产生

3.1.2过采样技术

3.2 ∑-△调制基本原理

3.2.1一阶∑-△调制

3.2.2三阶∑-△调制

3.3本课题∑-△调制模块设计

3.2.1三阶∑-△调制器序列

3.2.2三阶∑-△调制器的计算机仿真

第四章滤波器设计

4.1滤波器的技术参数

4.2低通原型滤波器

4.2.1概述

4.2.2低通原型滤波器分类

4.3本课题滤波器设计

第五章9kHz～3GHz频率合成器的实现

5.1 100MHz参考板试验结果

5.2 4GHz点频源的试验结果

5.3射频板的制作

5.4系统的整机调试

5.5调试中遇到的问题及解决

第六章结论

致谢

参考文献

在校期间研究成果