双调制锁相频率合成器的设计与实现

　单独考虑UF1(t)的调制，产生的输出相位为：

　　单独考虑UF2(t)的调制时θ1(s)=0，产生的输出相位为：

　
　　由式(3)、式(6)可得

　
　　He(s)具有高通特性，所以必须使调制频率在他的通带之内才行，进入阻带后调制频偏很小，甚至消失。

　　　若选择G1(s)=G2(s)=1，则总输出相位为：

　　 
　　当K1/M=K2/N=K时

　　由此可见双调制电路可以使两个调制的效果相互补偿，得到在很宽调制范围内频偏正比于调制信号的FSK调制器，同样也适合模拟的FM调制。

　　环路中配备了可预置分频器"N分频"和"M分频"，软件可控，通过单片机控制可实现任意频率的输出，即：

 　　3 电路设计与实现

　　双调制的VCO调制部分采用变容二极管组成的西勒振荡[2]，电路如图2所示。其中D4用于锁相环路自调节，D3用于FSK调制，Q4及周边的元件构成振荡器的电路，产生实际所需的射频信号源，Q5和Q7是缓冲电路，其中Q5输出信号提供给锁相环，作为频率(或相位)反馈信号，Q7是一个反向放大器，输出信号提供给功率放大器。之所以要用Q5，Q7，缓冲，是为了隔离负载效应，避免功放的输入阻抗对压控振荡器的频率产生牵引，影响频率的。

　　另一调制部分采用VCXO实现，该器件为集成有源品振，可使能输出，且有一电压输入控制端，可使VCXO输出频率在±100 ppm左右的范围内调整，如NKG公司的VCXOS1E050。采用此器件，晶振源和相应的调频器就可方便实现，电路简单，体积小。

　　可预置分频器和鉴相器采用集成电路LMX1602，SPI接口控制，是一个双模锁相环，内部包含2个可独立设置的PLL电路，工作频率可达1 GHz，在这只使用其中一路。

　　TX DATA为需调制的数据基带信号，一路直接调制VCO，一路反相后通过运放组成的加法器调制VCXO，加法器的另一输入端FCT用于微调载波频率，以保证载频的。具体电路如图3所示。

　　此电路通过单片机设置LMX1602相关寄存器，即可输出1 GHz以内任何载频的FSK调制射频信号，载波的和稳定度同晶体的相当。

　　4 实验结果

　　　在双调制环路中，由式(5)可知1比无调制时多一个

分量，由式(6)可知比无调制时多一个　

　　分量，当K1/M=K2/N=K和G1(s)=G2(s)=1同时成立时，两个分量的相减为零，即在环路锁定时，无调制和双调制的θe值是一样的，具体表现为LPF低通输出后的电压值保持不变，所以调试时可通过高万用表观察LPF低通输出后的电压来确定参数是否调好。

　　为了实验其效果，实际制作了一套无线收发器，通过对比直接锁相调频(只调制环路VCO的变容二极管)调制解调的波形来观察双调制锁相调频的补偿效果。设计锁相环的环路带宽为600 Hz左右，调节可调信源，分别用1.2 kHz，600 Hz，300 Hz，150 Hz和75 Hz的方波作为调制信号来观察调制解调的效果，实际波形如图5和图6所示，横坐标为时间，纵坐标为解调信号的幅度，左上角为对应测得的信号频率。调频接收机采用了正交鉴频，输出的幅度大小就代表输入信号频率的大小，即可方便观察发射调制信号产生频偏的大小。其中图6左列为锁相频率合成器采用直接锁相调频解调后的波形，从波形可以看出当频率小于600 Hz(环路带宽)后调制的频偏慢慢消失，到75 Hz时，方波调制产生的频偏只有边沿处有效，电平持续的后续部分慢慢被环路自调整而抵消。

　　由于测量误差，两个调制很难完全相互补偿，加上收发系统带宽的限制，使得解调的波形并不是完全和接收一样，但对于数字系统，这种微小的误差并不影响接收端对调制信号的判决，实际用于无线收发系统，对于包含有长"0"或长"1"的信号，都能正常接收解调。

　　5 结 语

　　双调制电路构成简单，当K1/M=K2/N=K和G1(s)=G2(s)=1同时成立时，既能满足窄带调频，又能满足宽带调频，且不必担心数据长"0"和长"1"的情况。调试时，通过观测LPF输出电压是否变化即可方便判断补偿是否调好，为数传电台提供了一种高性能的实现方案。