某型飛機救生電臺頻率合成器修理技術研究

李濱

摘要：頻率合成器是救生電臺的核心部件，本文介紹了頻率合成器的組成、工作原理及工作特點，并針對不同的故障現象進行具體分析，總結出頻率合成器的修理方法。

關鍵詞：頻率合成器；壓控振蕩器；鎖相環

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

0 引言

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

1 救生電臺頻率合成器的組成

救生電臺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

救生電臺頻率合成器采用DDS+ PLL頻率合成技術。

溫補晶振模塊產生的信號經四分頻器分頻后送到雙D鑒相器，作為鑒相器的基準比較信號。

壓控振蕩器反饋回來的射頻信號經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模塊在串行數據的控制下產生的信號送入雙D鑒相器，作為鑒相器另一路比較信號。

雙D鑒相器將上述兩路信號進行相位比較，形成相位誤差信號送入電荷泵電路。

電荷泵電路將相位誤差信號轉換為直流電壓，經環路濾波器后形成直流控制電壓。

壓控振蕩器根據電荷泵送來的直流控制電壓，產生不同頻率的信號，為接收機、發射機提供信號源。

3 故障現象和原因

3.1 自檢報頻率合成器故障

1）故障現象

產品加電后，自檢報頻率合成器故障。

2）原理分析

根據圖2，晶振產生的基準信號經四分頻送到2D4整形形成U1信號，送到2D3雙D觸發器；DDS輸出信號經2D4整形形成U2信號，送到2D3雙D觸發器；根據2D3觸發器真值表（見表1），2D3的4、10腳為高電平（即SD為高電平），2D3的3、11腳信號分別見U1、U2（即CLK為低電平），2D3的2、12腳信號為高電平（即D為高電平）；當U1、U2相位相同時（即頻率鎖定狀態），則2D3的6、8腳輸出高電平，并經2D4的8腳（自檢信號）輸出低電平，此時頻率合成器自檢正常。

3）故障原因及排除方法

導致自檢報故的一種原因是自檢電路本身故障。對此應首先檢查2D3、2D4芯片的供電電壓，如為+5V（+5±0.5V），再檢查2D3的6、8腳，應同時為高電平（大于2.5V），最后檢查2D4的8腳，應為低電平。如果實際檢測中發現2D4的8腳為高電平，則可判斷2D4故障。

自檢報故的另一種原因是鑒相器頻率不鎖定。PLL環路內任何環節故障均可導致鑒相器失鎖，該故障的分析步驟如下。

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

b.基準信號的檢查：供電電壓正常時檢查晶振2G1的輸出信號，應為正弦波，幅度約為500mV。

c.開環點的確立：PLL環路中2D5、2D7、2D11、2D6的輸出應為射頻交流信號。根據射頻信號特性，產品在加電狀態下，若選擇在有射頻信號輸出的器件進行開環，將使前級器件將部分信號耦合進入下級器件，從而影響對下級器件性能的判斷。因此，開環點的確定為關鍵點，按圖2分析，2D5、2D7壓控振蕩器的輸入端為直流電壓，直流信號通路斷開后不會影響后級，因此將開環點選擇在2D5、2D7壓控振蕩器輸入端，即斷開2R16電阻。

d.外部注入信號：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為無控制電壓時初始輸出頻率，K為壓控振蕩器靈敏度，V為壓控振蕩器控制電壓）。按設計要求，壓控振蕩器控制電壓范圍應為3～7V，因此，通過給壓控振蕩器外加相應直流控制電壓，監測壓控振蕩器輸出，發現壓控振蕩器頻率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）故障現象

產品加電后，自檢頻率合成器正常，但發射頻率誤差偏高。

2）原理分析

根據圖2，晶振產生的基準信號經過四分頻后送入2D4整形后形成U1信號；壓控振蕩器反饋信號經DDS輸出的信號再經2D4整形后形成U2信號；上述信號經雙D鑒相器，在2D2的6、8腳形成U3、U4相位誤差信號，電荷泵將相位誤差信號轉化為直流信號，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。其中，U3信號脈沖寬度由U1、U2上升沿共同確定，電荷泵輸出直流信號的大小直接由U3信號的脈沖寬度確立，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信號偏差導致，分析步驟如下。

a.晶振信號檢查：用頻率計檢查晶振基準信號的頻率，其基準頻率偏大。

b.誤差信號脈寬檢查：檢測U3信號脈沖寬度，發現脈沖寬度比正常脈沖寬度寬。

c.控制電壓檢查：檢測2R16輸出端控制電壓，通過對比該電壓值，發現電壓值偏大。

綜上分析，導致頻率誤差偏大的原因是晶振基準信號存在頻率偏差，重新調整晶振頻率即可解決。

4 結論

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

參考文獻

[1]頻率合成器原理與設計[M].電子工業出版社。

[2]白居憲.直接數字頻率合成[M].西安：西安交通大學出版社，2007.