李濱

摘要：頻率合成器是救生電臺(tái)的核心部件，本文介紹了頻率合成器的組成、工作原理及工作特點(diǎn)，并針對(duì)不同的故障現(xiàn)象進(jìn)行具體分析，總結(jié)出頻率合成器的修理方法。

關(guān)鍵詞：頻率合成器；壓控振蕩器；鎖相環(huán)

Keywords：frequency synthesizer；voltage-controlled-oscillator；phase-looked-loop

0 引言

頻率合成器是救生電臺(tái)的核心部件，其主要功能是為接收機(jī)、發(fā)射機(jī)提供所需的各種載波頻率和本振頻率。目前，救生電臺(tái)主要采用電荷泵式DDS+PLL頻率合成技術(shù)。本文通過(guò)介紹救生電臺(tái)頻率合成器的組成、工作原理和特點(diǎn)，結(jié)合具體故障的分析與故障點(diǎn)的定位，提出頻率合成器相應(yīng)的修理方法。

1 救生電臺(tái)頻率合成器的組成

救生電臺(tái)頻率合成器主要由晶振、固定分頻器、DDS頻率合成器、鑒相器、電荷泵、環(huán)路低通濾波器、壓控振蕩器、供電控制電路、放大整形電路等組成。原理框圖如圖1所示。

2 工作原理介紹

救生電臺(tái)頻率合成器采用DDS+ PLL頻率合成技術(shù)。

溫補(bǔ)晶振模塊產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)四分頻器分頻后送到雙D鑒相器，作為鑒相器的基準(zhǔn)比較信號(hào)。

壓控振蕩器反饋回來(lái)的射頻信號(hào)經(jīng)二分頻器分頻后送到DDS直接頻率合成器模塊，作為DDS模塊的頻率源，DDS模塊在串行數(shù)據(jù)的控制下產(chǎn)生的信號(hào)送入雙D鑒相器，作為鑒相器另一路比較信號(hào)。

雙D鑒相器將上述兩路信號(hào)進(jìn)行相位比較，形成相位誤差信號(hào)送入電荷泵電路。

電荷泵電路將相位誤差信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器后形成直流控制電壓。

壓控振蕩器根據(jù)電荷泵送來(lái)的直流控制電壓，產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，為接收機(jī)、發(fā)射機(jī)提供信號(hào)源。

3 故障現(xiàn)象和原因

3.1 自檢報(bào)頻率合成器故障

1）故障現(xiàn)象

產(chǎn)品加電后，自檢報(bào)頻率合成器故障。

2）原理分析

根據(jù)圖2，晶振產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)四分頻送到2D4整形形成U1信號(hào)，送到2D3雙D觸發(fā)器；DDS輸出信號(hào)經(jīng)2D4整形形成U2信號(hào)，送到2D3雙D觸發(fā)器；根據(jù)2D3觸發(fā)器真值表（見表1），2D3的4、10腳為高電平（即SD為高電平），2D3的3、11腳信號(hào)分別見U1、U2（即CLK為低電平），2D3的2、12腳信號(hào)為高電平（即D為高電平）；當(dāng)U1、U2相位相同時(shí)（即頻率鎖定狀態(tài)），則2D3的6、8腳輸出高電平，并經(jīng)2D4的8腳（自檢信號(hào)）輸出低電平，此時(shí)頻率合成器自檢正常。

3）故障原因及排除方法

導(dǎo)致自檢報(bào)故的一種原因是自檢電路本身故障。對(duì)此應(yīng)首先檢查2D3、2D4芯片的供電電壓，如為+5V（+5±0.5V），再檢查2D3的6、8腳，應(yīng)同時(shí)為高電平（大于2.5V），最后檢查2D4的8腳，應(yīng)為低電平。如果實(shí)際檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)2D4的8腳為高電平，則可判斷2D4故障。

自檢報(bào)故的另一種原因是鑒相器頻率不鎖定。PLL環(huán)路內(nèi)任何環(huán)節(jié)故障均可導(dǎo)致鑒相器失鎖，該故障的分析步驟如下。

a.供電電壓檢查：2D6、2D11、2D9的供電電壓應(yīng)為+3.3V（+3.3±0.33V）；2D2、2D3、2D4、2D12的供電電壓應(yīng)為+5V（+5±0.5V）；2D1、2G1、2D5、2D7的供電電壓應(yīng)為+12V（+12±0.5V）。

b.基準(zhǔn)信號(hào)的檢查：供電電壓正常時(shí)檢查晶振2G1的輸出信號(hào)，應(yīng)為正弦波，幅度約為500mV。

c.開環(huán)點(diǎn)的確立：PLL環(huán)路中2D5、2D7、2D11、2D6的輸出應(yīng)為射頻交流信號(hào)。根據(jù)射頻信號(hào)特性，產(chǎn)品在加電狀態(tài)下，若選擇在有射頻信號(hào)輸出的器件進(jìn)行開環(huán)，將使前級(jí)器件將部分信號(hào)耦合進(jìn)入下級(jí)器件，從而影響對(duì)下級(jí)器件性能的判斷。因此，開環(huán)點(diǎn)的確定為關(guān)鍵點(diǎn)，按圖2分析，2D5、2D7壓控振蕩器的輸入端為直流電壓，直流信號(hào)通路斷開后不會(huì)影響后級(jí)，因此將開環(huán)點(diǎn)選擇在2D5、2D7壓控振蕩器輸入端，即斷開2R16電阻。

d.外部注入信號(hào)：壓控振蕩器工作原理如圖3所示，其輸出頻率與控制電壓滿足Fout=F0+KV（F0為無(wú)控制電壓時(shí)初始輸出頻率，K為壓控振蕩器靈敏度，V為壓控振蕩器控制電壓）。按設(shè)計(jì)要求，壓控振蕩器控制電壓范圍應(yīng)為3～7V，因此，通過(guò)給壓控振蕩器外加相應(yīng)直流控制電壓，監(jiān)測(cè)壓控振蕩器輸出，發(fā)現(xiàn)壓控振蕩器頻率F0不隨控制電壓變化，因此，判斷壓控振蕩器故障。

3.2 頻率合成器頻率誤差偏高

1）故障現(xiàn)象

產(chǎn)品加電后，自檢頻率合成器正常，但發(fā)射頻率誤差偏高。

2）原理分析

根據(jù)圖2，晶振產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)過(guò)四分頻后送入2D4整形后形成U1信號(hào)；壓控振蕩器反饋信號(hào)經(jīng)DDS輸出的信號(hào)再經(jīng)2D4整形后形成U2信號(hào)；上述信號(hào)經(jīng)雙D鑒相器，在2D2的6、8腳形成U3、U4相位誤差信號(hào)，電荷泵將相位誤差信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流信號(hào)，作為壓控振蕩器的控制電壓，不同直流控制電壓的壓控振蕩器輸出不同的頻率信號(hào)。其中，U3信號(hào)脈沖寬度由U1、U2上升沿共同確定，電荷泵輸出直流信號(hào)的大小直接由U3信號(hào)的脈沖寬度確立，如圖4所示。

3）故障原因及排除方法

該故障可能是晶振基準(zhǔn)信號(hào)偏差導(dǎo)致，分析步驟如下。

a.晶振信號(hào)檢查：用頻率計(jì)檢查晶振基準(zhǔn)信號(hào)的頻率，其基準(zhǔn)頻率偏大。

b.誤差信號(hào)脈寬檢查：檢測(cè)U3信號(hào)脈沖寬度，發(fā)現(xiàn)脈沖寬度比正常脈沖寬度寬。

c.控制電壓檢查：檢測(cè)2R16輸出端控制電壓，通過(guò)對(duì)比該電壓值，發(fā)現(xiàn)電壓值偏大。

綜上分析，導(dǎo)致頻率誤差偏大的原因是晶振基準(zhǔn)信號(hào)存在頻率偏差，重新調(diào)整晶振頻率即可解決。

4 結(jié)論

在救生電臺(tái)頻率合成器修理方法研究中，對(duì)頻率合成器中DDS、電荷泵、壓控振蕩器工作特點(diǎn)與工作原理進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)PLL頻率合成器修理方法展開了深入研究，并結(jié)合典型故障進(jìn)行分析，從而形成了一套頻率合成器的修理方法。

參考文獻(xiàn)

[1]頻率合成器原理與設(shè)計(jì)[M].電子工業(yè)出版社。

[2]白居憲.直接數(shù)字頻率合成[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.