频率锁相技术实际应用浅析

李 昆 李一褐



频率锁相技术实际应用浅析

李 昆 李一褐

（锦州市广播电视台 辽宁 锦州 121001）

文章以上海卉波研发的中波固态发射机为基础，分了频率锁相技术在设备中的应用与应急处理，让广大工作者深入掌握锁相环路的特点、组成、原理，尤其掌握发射机如何以 CD4046为核心构成锁相环频率合成器的基本概况。

锁相环；压控振荡器；数字集成锁相

1 引言

锁相技术发展至今已经非常的成熟，尤其是数字集成锁相环电路的出现，为广播电视发射设备的升级替代提供了强有力地保障，并在广播电视、通信等领域得到广泛应用。上海卉波公司组装的型号为 TSD-10全固态中波广播数字发射机在全国中波发射台使用较为普及，此类发射机运行平稳，高效安全。下面就以TSD-10 10KW中波广播发射机为例，简单介绍锁相环电路的组成、原理及在中波广播实际中的应用。

2 锁相环电路组成及原理概述

锁相环路属于反馈电路的形式，其英文简称PLL。其原理实质是环路自振信号的频率和相位受控于具有参考量的外部信号。由于电路结构特点，锁相环电路启动后，会针对输入信号的频率进行自动校正跟踪，直到输出信号的频率无限趋于输入信号的频率，并且与输入信号的电压具有固定相位差，网络端口两端电压相位被锁定，这就是锁相环路独有的跟踪—锁定两个显著的特性。基于此固有特性锁相环路被大范围应用在广电、通讯、电子信息工程等核心电路中。

构成锁相环路的单元电路包括相位比较器(PD)、环路滤波器(LF)、和压控振荡器（VCO)三部分。相位比较器把端口输入信号的频率相位作为基准，与经压控振荡器输出口反馈回来的信号进行比较，相位比较器在工作比值内，检测有相位差存在，即生成误差信号，此信号与端口两端电压差成正比例关系，信号通常是被交流分量调制的直流电平。直流电平经滤波器滤除交流分量后的形成的误差信号，去控制压控振荡器，使频率朝相位误差减小的方向改变，最终达到入口基准信号和压控振荡器输出信号之间的任何频率差或相位差为零，这时环路被跟踪锁定。

3 CD4046数字集成锁相环电路的应用

3.1 CD4046元件简介

CD4046集成元件外观看属于双列插拔16脚元件，内部大致包含公用的放大器，线性压控振荡器和输入端共用但工作方式不同两个相位比较器组成。还有二极管稳压器和作用于解调输出的源极跟随器。元件特点是电源电压范围宽（3v---18v)。输入阻抗高（约100M欧），动态功耗小，在中心频率为100khz下功耗仅为600uw，属于微功耗器件。

3.2 CD4046数字锁相环的组成及工作原理

使晶体振荡频率大于端口输出信号频率的电路是分频器。反之称为锁相倍频器，以上两种电路被应用在现代电子技术中，也包括广播电视系统。目前，频率合成技术采用以cd4046数字集成锁相环作为频率合成电路就是在反馈环路中串接除法器起到分频作用，形成锁相倍频器。

以往广播电视信号源所采用的高精度振荡频率，通常由石英晶体振荡器提供。可频率固化后的石英晶体，频率是不能改变的，相反采用锁相环路倍频器的频率合成技术，改变工作频率非常灵活、并且振荡后输入的信号超稳定。

无论什么形式的锁相环路工作状态最终会被锁定。锁定时只存在相比信号的相位差，而没有频率差，正是基于锁相环路这一频率特性，在频率自动控制应用、频率合成技术、自动追踪等诸多设备电路中被普及应用。

3.3 锁相环频率合成器在中波全固态数字发射机中的应用

上海卉奔公司产出的TDS-10中波数字调幅发射机也采用以 CD4046为核心的数字集成锁相环频率技术的目的就是保证发射机可以得到高稳定度的载波频率和高精准度的频率。并满足所需频段频率自由设置，正常发射工作的需求，无论广播工作频率为何，都可达到与基准信号源相同的指标。根据广播电视部规定，广播电视频段中，分配给中波广播频段的频率范围是531~1602KHz，频率间隔为9 KHz，为了适应发射机可在中波全频段任意切换不同频率来进行工作，在TDS-10中波发射机设计中也将射频激励板采用最小间隔为9 KHz的锁相环频率合成器。在中波频段的每一个载频上都具有与4.608MHz信号倍数相当的频率。为了保证产生4.608MHz标准频率作为锁相环路的基准信号源。TDS-10固态数字调幅发射机选用频率稳定度高达10的八次方的恒温晶体振荡器。

电路工作分析，恒温晶振输出的4.608 MHz信号经过插接线 J6送到电压比较器 N1 A，信号波形经过放大改变由原来的正弦波输入转换方波输出，此信号送到 CD4042二进制计数器构成的固定分频器 D2中，在电路内部进行512次固定分频后，得到频率为9 KHz的基准信号，送入锁相倍频电路中进行比较。锁相倍频数字电路（CD4046）标注为 D4，辅助元器件还有 R8、 R9、 C5构成的低通滤波器，和以及可编程计数器 D6、 D8、 D10组成的三位十进制 BCD分频器。

数字频率合成器中压控振荡器产生的射频信号，按事先设置的分频数，通过改变分别接于 D6、 D8、 D10的分频开关 S2、 S3、 S4的所代表的二进制“8、4、2、1”码，来转换设定分频次数的百位、十位、个位数值。通过BCD可编程分

4 结束语

实践验证以 CD4046为核心的锁相环技术在中波数字发射机中的应用为实现中波发射机数字化集成化提供了高级精度稳定的射频激励源，进一步改善发射信号的播出质量。

[1]陈晓卫.全固态中波广播发射机使用与维修［M]. 中广播电视出版社.

[2]张间斌.锁相与频率和成［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，汉族，辽宁锦州人，通讯工程专业毕业，大学本科。现就职于辽宁省锦州广播电视台发射中心317台司职主任。

李一褐（1985.07-），男，汉族，辽宁锦州人，硕士研究生学历。现就职于辽宁省锦州广播电视台发射中心318台。