基于正交矢量放大的MRS信号采集模块设计---- 采集模块硬件设计(二)

主要由相位比较器Ⅰ、Ⅱ、压控振荡器（VCO）、线性放大器、源跟随器、整形电路等部分构成。比较器Ⅰ采用异或门结构，当两个输人端信号Ui、Uo的电平状态相异时（即一个高电平，一个为低电平），输出端信号UΨ为高电平；反之，Ui、Uo电平状态相同时（即两个均为高，或均为低电平），U_Ψ输出为低电平。当Ui、Uo的相位差Δφ在0°-180°范围内变化时，U_Ψ的脉冲宽度m亦随之改变，即占空比亦在改变。从比较器Ⅰ的输入和输出信号的波形（如图4.13所示）可知，其输出信号的频率等于输入信号频率的两倍，并且与两个输入信号之间的中心频率保持90°相移。对相位比较器Ⅰ，它要求Ui、Uo的占空比均为50%（即方波），这样才能使锁定范围为最大。本设计中要产生的时钟频率为占空比为50%的方波，所以使用相位比较器Ⅰ.

74HC4046锁相环采用的是RC型压控振荡器，必须外接电容C1和电阻R1作为充放电元件。当PLL对跟踪的输入信号的频率宽度有要求时还需要外接电阻R2.由于VCO是一个电流控制振荡器，对定时电容C1的充电电流与从9脚输入的控制电压成正比，使VCO的振荡频率亦正比于该控制电压。当VCO控制电压为0时，其输出频率最低；当输入控制电压等于电源电压VDD时，输出频率则线性地增大到最高输出频率。VCO振荡频率的范围由R1、R2和C1决定。由于它的充电和放电都由同一个电容C1完成，故它的输出波形是对称方波。

4.3.3 74HC4046电路实现

锁相环实际电路连接图如图4.14所示。CPLD分频产生1300Hz～3000Hz范围内同Lamor频率相等的信号，输入74HC4046的14脚输入端。4脚VCO输出频率经过CPLD中的256倍分频器，再输入4脚相位比较器输入端。相位比较器的输出2脚经过RC低通滤波器输入VCO输入端，组成锁相环路。

74HC4046的VCO频率范围由外接电阻、电容决定，公式如下：

根据74HC4046数据手册，确定外围电容、电阻参数为：C₁ = 47pF，R₁ = 200kΩ，R₂ = 220kΩ。最终测得VCO输入电压为0和VDD时，VCO输出波形如图4.15和图4.16所示。