基于SystemView锁相环的仿真与分析(6)

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H'e(s)?He(s) (2-48)

不同的只是H(s)和He(s)中的环路增益由原来的K变K'。K'比K小了N倍，即

K'?KoKdK? (2-49) NN从式(2-47)和式(2-48)不难看出，单环锁相频率合成器的线性性能，跟踪性能、噪声性能与线性锁相环是一致的。

图2-17的有前置分频器的锁相频率合成器也是一种单环频率合成器，与图2-12不同的只是在可编程分频器之前串接了一个固定分频比的前置分频器，以适应较高的VCO工作频率。它的模型与图2.12环路的模型相同，只要将式中的N改为N?M即可。这种合成器的工作频率为

fv?N(Mfr) (2-50)

频率分辨力变为Mfr。

图2-18下变频锁相频率合成器也是一种单环锁相频率合成器，但因为环中有了混频器和滤波器（低通滤波器和带通滤波器），它的分析将于前面所述有所不同。

比较图2-12与图2-18可见，下变频锁相频率合成器只是用混频器进行了频率搬移。如果在相位检波器工作频率不变，分频比N不变

图2-17 有前置分频器的PLL合成器

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图2-18 下变频PLL合成器

的条件下，只是将合成器工作频率向上搬移了fL，变为

fv?fL?Nfr (2-51)

因为决定锁相环路性能的数学模型与载波没有直接关系，所以下变频锁相频率合成器的数学表达式与基本单环频率合成器没有什么不同。 2.5.2 变模分频锁相频率合成器

在基本的单环锁相频率合成器中，VCO的输出频率是直接加在可编程分频器上。目前可编程分频器还不能工作到很高的频率，这就限制了这种合成器的应用。加前置分频器固然能提高分频器的工作频率，但这是以降低频率分辨力为代价的。若以减小参考频率fr的办法来维持原来的频率分辨力，这又将造成转换时间的加长。采用下变频方法可以在不改变频率分辨力和转换时间的条件下提高合成器的工作频率。但它增加了电路的复杂性，由混频产生的寄生信号以及滤波器引起的延迟对环路性能都有不利的影响。因而上述两种电路并不是很好的办法。

在不改变频率分辨力的同时提高合成器输出频率的有效方法之一是采用变模分频器，也称吞脉冲技术。它的工作速度虽不如固定模数的前置分频器那么快，但比可编程分频器要快得多。图2.19就是一个采用双模分频器的锁相频率合成器。

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图2-19 双模分频锁相频率合成器

双模分频器有两个分频模数，当模式控制为高电平时分频模数为V+1，当模式控制为低电平时分频模数为V。双模分频器的输出同时驱动两个可编程分频器，它们分别预置在N1和N2，并进行减法计数。在除N1和除N2未计数到零时，模式控制为高电平，双模分频器的输出频率为

fv/(V?1)。在输入N2(V?1)周期之后，除N2分频器计数达到零，将模式控制电平变为低电平，同时通过除N2分频器前面的与门使其停止计数。此时，除N1分频器还存有N1?N2。由于受模式控制低电平的控制，双模分频器的分频模数变为V，输出频率为fv/V。再经(N1?N2)V个周期，除N2计数器也计数到零，输出低电平，将两计数器重新赋予它们的预置值N1和

N2，同时对相位检波器输出比相脉冲，并将模式控制信号恢复到高电平。在一个完整的周期中，输入的周期数为

D?(V?1)N2?(N1?N2)V?VN1?N2 (2-52)

假若V＝10，则

D?10N1?N2 (2-53)

上面的原理说明中可知。N1必须大于N2。

在这种采用变模分频器的方案中也要用可编程分频器，这时双模分频器的工作频率为合成器的工作频率fv，而两个可编程分频器的工作频率为

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fv/V或fv/(V?1)。合成器件频率分辨力仍为参考频率fr，这就在保持分辨力的条件下提高了合成器的工作频率，频率转换时间也未受到影响。 2.5.3 多环频率合成器

用高参考频率而且仍能得到高频率分辨力的一种可能的方法是，在锁相环路的输出端再进行分频，如图2-20所示。VCO输出频率经M次分频后为

fv?Nfr (2-54) M

图2-20 后置分频器的PLL模型

式中M为后置分频器的分频比；N为可编程分频器的分频比。由式可见，频率分辨力为fr/M只要M足够大，就可得到很高的分辨力。这种技术的问题是，环路工作频率需比要求的输出频率高M倍，有时可能是难于做到的。

上述后置分频器的概念在多环合成器中十分有用。多环频率合成器中用几个锁相环路来得到高频率分辨力。其中，高位锁相环提供频率分辨力相对差一些的较高频率输出；低位锁相环路提供高频率分辨力较低频率输出；而后再用一个锁相环路将这两部分输出加起来，从而获得既工作频率高，而且频率分辨力也很高，又能快速转换频率的合成输出。图2-21就是一个以这种方式构成的三环频率合成器。

图2-21中，B环为高位环，它工作在合成器的工作频段，其输出频率为

fB?NBfr (2-55)

可见，其分辨力为fr，尚未满足合成器的的性能要求。

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A环为低位环，它的输出经后置分频器除M分频后输出频率较低，工作频段只等于高位环输出的频率增量，其输出频率为

fA?NAfr (2-56) M可见，其分辨力可达到fr/M，满足合成器的性能要求。

C环中的带通滤波器选出混频器中的差频成分fv?fB。当环路锁定时，输入到鉴相器的两个频率相同，即

fv?fB?fA

此可得多环合成器的输出频率

fv?fA?fB ?NAfr?NBf r (2-57) M可见，合成器的工作频段取决于高位环，频率分辨力取决于低位环。

图2-21 三环锁相频率合成图

合成器的频率转换时间是由高、低位环共同决定的。因为两环都用了较高的参考频率fr，总的转换时间仍为

ts?25 fr26

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