本设计介绍了一种采用CD4046芯片构建的高倍锁相环(PLL)倍频器电路,适用于高频信号处理和无线通信系统。
### 使用CD4046组成的高倍锁相倍频器
#### 一、概述
CD4046是一种低功耗多功能单片数字集成锁相环(PLL)集成电路,最高工作频率可达1MHz,电源电压范围为5~15V。在f0 = 10kHz时,其功耗仅为0.15~9mW。与传统的双极性单片集成锁相环相比,CD4046的功耗显著降低,在需要低功耗的应用中具有明显优势。
#### 二、CD4046内部结构及功能
##### 2.1 电路组成
CD4046由以下几个主要部分构成:
- **鉴相器I**:用于进行相位比较。
- **鉴相器II**:另一种类型的上升沿检测型相位比较器,主要用于频率测量。
- **压控振荡器(VCO)**:产生可调节的输出信号频率。
- **源极跟随器**:提供缓冲作用以增强电路稳定性。
- **5V齐纳二极管**:作为内部参考电压源。
两个鉴相器共用输入端和反馈输入端,并各自配备有整形放大器。这些组成部分共同构成了完整的锁相环系统。
##### 2.2 使用说明
使用CD4046时,需要外接低通滤波器(通常由电阻和电容组成),以形成一个完整的锁相环路。此外,内部包含了一个6.2V的齐纳稳压管,可以在必要情况下作为辅助电源。
- **压控振荡器**:输出频率受外部元件C1、R1及R2的影响;其中R1与C1决定了VCO的工作范围而R2用于补偿误差。其工作状态还受到供电电压和外接元器件参数的共同影响。
- **相位比较器**:
- 相位比较器I是一个异或门,要求输入信号占空比为50%,适用于大多数应用场景;
- 相位比较器II仅在上升沿触发时起作用,并不要求特定的占空比。
#### 三、应用实例
本段落介绍了一个使用CD4046实现的64倍锁相倍频器的应用案例。具体设计如下:
- **累加器D3**:负责计数输入脉冲,当达到128个时触发复位信号。
- **八输入与非门D4**:在D3输出全部为高电平时使能D4的低电平输出,并进而促使D2复位。
- **分频器(包括 D2:2、D5 和 D6)**:实现64倍分频功能。
- **二分频器 D2:1 (即D型触发器)**:确保信号占空比为50%,满足锁相环的要求。
通过上述组件的组合,可以构建一个稳定的高倍率锁相倍频电路。此外,该设计具备一定的灵活性,可以通过调整参数实现不同倍数的锁相功能。
#### 四、结论
CD4046因其低功耗和多功能特性,在许多应用场景中表现出色。特别是在需要高效能与稳定性的场合下尤为适用。深入理解其内部结构及工作原理,并结合实际需求进行设计优化,能够充分发挥其优势,实现高效的电路解决方案。