模擬鎖相環(huán)NE564在FM解調(diào)電路中的應(yīng)用

摘要：介紹了鎖相鑒頻電路的工作原理和模擬鎖相環(huán)芯片NE564的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，并用該芯片設(shè)計了一款41．4MHz的FM解調(diào)電路，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：鎖相環(huán)；調(diào)制解調(diào)；NE564芯片

0 引言
    調(diào)頻波(FM)解調(diào)稱為頻率檢波，簡稱鑒頻。實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波解調(diào)的方法有很多，常見的方法有：a．斜率鑒頻、相位鑒頻、比例鑒頻，這些鑒頻器電路需要大量的電阻電容等元件，電路形式比較復(fù)雜不易于集成；b．移相乘積鑒頻、脈沖均值鑒頻，這些鑒頻器易于集成，但移相乘積鑒頻器內(nèi)部噪聲較大，脈沖均值鑒頻器線性好、頻帶寬，但中心頻率范圍較低；c．鎖相環(huán)鑒頻，它是利用現(xiàn)代鎖相技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鑒頻的方法，具有工作穩(wěn)定、失真小、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用在通信電路系統(tǒng)中。

1 鎖相鑒頻器的工作原理
    鎖相鑒頻器原理框圖如圖1所示。當(dāng)輸入為調(diào)頻波時，如果環(huán)路濾波器的帶寬足夠?qū)?，使鑒相器的輸出電壓可以順利通過，則VCO(壓控振蕩器)就能跟蹤輸入調(diào)頻波中反映調(diào)制規(guī)律變化的瞬時頻率，即VCO的輸出就是一個具有相同調(diào)制規(guī)律的調(diào)頻波。這時環(huán)路濾波器輸出的控制電壓就是所需的調(diào)頻波解調(diào)電壓。模擬鎖相環(huán)NE564芯片就可用來設(shè)計FM解調(diào)電路。

2 模擬鎖相環(huán)NE564的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
    模擬鎖相環(huán)SE564芯片的最高工作頻率可達(dá)50MHz，采用+5V單電源供電，電路設(shè)計所使用的元件不多，關(guān)鍵步驟是設(shè)置中心頻率和如何濾波兩個方面。特別適用于高速數(shù)字通信中FM信號和FSK(移頻鍵控)信號的調(diào)制和解調(diào)，且不需外接復(fù)雜的濾波器。芯片采用雙極性工藝，電路由限幅器、鑒相器、壓控振蕩器、放大器、直流恢復(fù)電路和施密特觸發(fā)器等六部分組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    圖2中，限幅器由差分電路組成，可抑制FM信號的寄生調(diào)幅；鑒相器(PD)的內(nèi)部含有限幅放大器，以提高對AM信號的抗干擾能力：4、5腳外接電容組成環(huán)路濾波器，用來濾除比較器輸出的直流誤差電壓中的紋波；2腳用來改變環(huán)路的增益；3腳為VCO的反饋輸入端；VCO是改進(jìn)型的射極耦合多諧振蕩器，有兩個電壓輸出端，9腳輸出TTL電平，11腳輸出ECL電平。VCO內(nèi)部接有固定電阻，只需外接一個定時電容就可產(chǎn)生振蕩；施密特觸發(fā)器的回差電壓可通過15腳外接直流電壓進(jìn)行調(diào)整， 以消除16腳輸出信號的相位抖動。SE564的封裝圖如圖3所示。

3 FM解調(diào)電路設(shè)計
    用NE564組成41．4MHz的FM電路，如圖4所示。FM輸入信號的電壓Vi≥100mV，調(diào)制信號的頻率fΩ=1KHz，該電路的元件參數(shù)設(shè)計如下：

    圖中Dl、D2為限幅二極管。C1是輸入耦合電容，Rl、C2組成限幅放大器的輸入偏置濾波，濾除FM信號中的雜波。R3和RP對2腳提供輸入電流I2，用來控制環(huán)路增益和VCO的鎖定范圍，總電阻R與電流12的關(guān)系為：
   
    式中的1．3V是由于NE564的13腳電壓為1．3V，I2一般為幾百毫安，調(diào)節(jié)電位器RP使環(huán)路增益和VCO的鎖定范圍達(dá)到最佳值。R4是VCO輸出端必須接的上拉電阻。C3、C4與內(nèi)部兩個對應(yīng)電阻(阻值R=1．3kΩ)分別組成一階RC低通濾波器。其截止角頻率為：
   
    濾波器的性能對環(huán)路入鎖時間的快慢有一定影響，可根據(jù)要求改變C3、C4的值。VCO的固有振蕩頻率fv與定時電容Ct的關(guān)系為：
   
    工作頻率為41．4MHz時，由式(3)或振蕩頻率fv與Ct的關(guān)系曲線圖5，得出Ct≈11pF，可用6pF和3／20pF電容并聯(lián)使用。C5和C6用來濾除電源中的高低頻交流分量。C7、C8和R5組成π型濾波器，用來濾除輸出信號中的諧波分量。

    該電路通過調(diào)試，中心頻率工作在41．4MHz，頻偏可達(dá)1MHz以上，輸出電壓在O．4V以上。