摘要介绍频率合成器的结构和工作原理，并给出一种由单片机控制、采用大规模数字频率合成器集成电路MC145151和波形产生电路MAX038实现的多波形数字频率合成器的设计方案。

  关键词频率合成器数字锁相环波形产生器控制方法

  在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号源。尤其是随着通信事业的发展，频道的分布日趋密集，要求有高精度、高稳定度的通信频率。用常规的信号发生器无法满足要求。为解决这个难题，人们提出频率合成器的方案。

  频率合成是指对一个高精度高稳定度的标准信号频率，经过一系列算术运算，产生有相同稳定度和精确度的大量离散频率的技术。虽然只要求对频率进行算术运算，但是由于需要大量有源和无源器件，使频率合成系统相当复杂，这项技术一直发展缓慢。直至电子技术高度发展的今天，微处理器和大规模集成电路大量使用，频率合成技术才有迅速发展，并得到广泛应用。

  频率合成器有多种方法实现，其中利用锁相环的相位锁定特性，获得与基准频率成一定倍数的新频率的电路，称为锁相频率合成器。由于锁相环具有良好的窄带滤波特性，输出的波形纯净，并且在环路锁定后输出频率的温度稳定度和时间稳定度与基准频率相同。这些优点使其成为当前最主要的频率合成器，尤其是把大规模数字锁相集成电路和微处理器结合起来，使频率合成器实现更方便，性能更好。

锁相频率合成器的原理框图如图1所示。其基准频率通常由相对频稳度为 10-6的晶体振荡器产生，经M倍分频后提供适当的基准频率。虚线框中的电路是频率合成器的核心部分--锁相环，它由鉴相器、低通滤波器和压控振荡器等组成。系统输出信号的频率为fo=(N/M)fi。改变分频比N或M，可方便地获得大量离散频率的输出信号。

图1锁相频率合成器原理框图

  锁相环是一个实现相位自动锁定的控制系统，可分为模拟锁相环和数字锁相环，它们都包括三个基本的组成部分：鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）。它们可和÷N电路构成一个闭合的相位反馈控制电路，这里以模拟锁相环例，简要介绍其工作原理。
  鉴相器是一个相位比较电路，其核心是一个乘法器，它把输入信号u_i(t)与输出信号u_o(t)的相位进行比较，产生与两信号的相位差对应的误差电压u_d(t)，实现相位－电压的转换。为了分析方便，设压控振荡器的自由振荡角频率ω_o’为参考频率，则输入信号角频率ω_i和压控振荡器的实际振荡频率ω_o可分别表示为：
  ω_i=ω_o ＇+dθ_i(t)/dt  (1)
  ω_o=ω_o＇+dθ_o(t)/dt (2)
式中θ_i(t)、θ_o(t)分别是输入信号和输出信号的瞬时相位。设输入信号u_i(t)=U_icos[ω_o＇t+θ_i(t)]，输出信号u_o(t)=U_ocos[ω_o＇t+θ_o(t)+φ_o]，其中φ_o为输出信号的初始相位，为分析方便设φ_o =90°。将u_i(t)和u_o(t)相乘并滤掉高频分量后，误差电压与相位差的关系可表示为：
  u_d(t)=K_dsinθ_e(t)  (3)
式中K_d为鉴相器的鉴相灵敏度，由鉴相器的增益和输入输出信号的幅度决定K_d=K_mU_iU_o/2，θ_e(t)=θ_i(t)–θ_o(t)为输入信号与输出信号的瞬时相位差。
  由于鉴相特性呈正弦函数,在±90°之间θ_e(t)为单值对应关系。而实际上要求θ_e(t)的范围小于±30°，这时，sinθ_e(