变容二极管直接调频原理
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　　二极管通过改变外加反向电压可以改变空间电荷区的宽度，从而改变势垒电容的大小。变容二极管是就是利用这种特性制成的特殊的PN结二极管，是一种电抗可变的非线性电路元件，一般使用的材料为硅或砷化镓。图1是变容二极管的特性曲线。
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　　变容二极管在反向偏置时，结电容可用下式来表示：，其中，VD为PN结内建电位差，Cj0为外加反向电压u=0时的结电容，n为电容变化指数。n取决于变容二极管PN结的杂质分布规律，对于缓变结n值等于1/3，突变结n值等于1/2，超突变结n值在1～5之间。
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　　变容二极管在反向偏置直接调频电路中，不能工作于正向偏压区。如图2所示，为了保证变容二极管在调制电压变化过程中保持反向偏压，必须加上一个大于调制信号振幅的反向直流偏压E0。所以在单音调制时，变容二极管上的电压u=E0+UΩcosΩt，得到结电容变化规律为(见本期杂志）
---式中，称为电容调制度，
---为静态工作点时的结电容。
---则振荡回路的谐振角频率为：(见本期杂志）
---式中，是未受调制时的振荡角频率，即载波角频率。将式中作为变量，并在处展开为泰勒级数，得到：(见本期杂志）
---从上式可以看出，振荡器的频率变化量中不仅包含有与调制信号成正比的分量，而且含有调制信号的二次谐波及更高次谐波分量，同时还有中心频率的漂移。一般总是在保证最大角频偏的前提下，选择具有较大变容指数n的管子，减小电容调制度m，从而减小中心频率的漂移，提高振荡器的频率稳定度，还要消除各次谐波失真分量，实现线性调频。

　　锁相稳频电路
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　　鉴相器是稳定频率的核心部分，该部分由数字鉴相-鉴频集成芯片MC145170和环路低通滤波器组成，如图6所示。
标准晶体振荡器选用MORION公司的温补晶振MV68系列(10MHz)，频率偏差小于5?0-6，短期频率稳定度为10-9/S，相位噪声小于-145dBc/Hz/10kHz，完全可以保证电路满足系统对频偏的要求。
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　　锁相环集成芯片选用了摩托罗拉公司的MC145170，来实现调频激励源的中心频率在87～108MHz内以100kHz为间隔的变化。摩托罗拉公司生产的MC145170是一片可用于MF、HF和VHF波段的、串行码输入编程的单模CMOS锁相环频率合成器芯片。该芯片内含完全可编程的鱎和鱊计数器，输入译码器，在fin脚内置一放大器，可外接晶体振荡器，可编程的参考输出，具有线性转移功能的单端或双端鉴相器和可调整的C寄存器。
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　　在实际电路中，选用10kHz的鉴相频率，因此设置R=1000，N=8700～10800。同时设置C寄存器为(C7C6C5C4C3C2C1C0)=(10000000)，选择φR与φV双端输出，禁止LD、fR、fV、REFOUT输出，以减小电路功耗，同时降低无用端口对电路的影响。
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　　常用的环路滤波器有RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器。由它们的传递函数可知，有源比例积分滤波器具有两个独立可调参数，更重要的是具有滞后-超前特性，有利于环路的稳定。因此，在设计中采用有源比例积分滤波器，其电原理图如图7所示。
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　　由前面的分析可知，该锁相环是一窄带载波跟踪环，故BL应小于调制频率30Hz。因此应通过调整环路滤波器的参数R1、R2与C，使得BL小于30Hz。取ξ=0.7，令BL=10Hz，N=10000，，C=10μF，kv=2π?.2?06(rad/v)≈7.54?06(rad/v)，则根据公式，可以得到R1=170kΩ，R2=7.5kΩ。

　　PCB板的设计与测试结果
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　　频率合成器对馈电电源、地线分布等电磁兼容问题都有着较严格的要求。这是因为电源和数据总线的噪声能耦合到锁相环系统中，使得相噪和杂散变坏。因此，在布局PCB版图时，应做到一下几点。
---(1)对鉴相器、压控振荡器分别单独供电、单独稳压，稳压器的输入、输出端都接有Π型滤波电路；
---(2)布线、元件排列应该尽量整齐；
---(3)电源线应该加宽，约为1mm宽，信号线宽度也要达到0.75mm。
---采取以上措施能够有效地滤除所有无用频率和电源纹波，抑制各种干扰和噪声，降低频率合成器的相位噪声和杂散。下面表1和表2给出了在载频为100MHz时的各项测试指标，表3则给出了该电路在各载频频点的调频信噪比指标。
---从表中的数据可以看出，本电路完全满足了系统的要求，并且在相位噪声、非线性失真、音频频率响应和调频信噪比等方面都有很好的特性。相位噪声小于 -100dBc/Hz/10kHz，非线性失真小于0.1%，音频频率响应非常理想，调频信噪比达到80dB以上。与此同时，载波频率稳定度控制在200Hz以内，输出信号频率偏差不超过1kHz，各项指标满足国家广电总局的技术要求。而且，本电路调试量小，成本也不高，更易于进行批量生产。