某型飞机救生电台频率合成器修理技术研究

李滨

摘要：频率合成器是救生电台的核心部件，本文介绍了频率合成器的组成、工作原理及工作特点，并针对不同的故障现象进行具体分析，总结出频率合成器的修理方法。

关键词：频率合成器；压控振荡器；锁相环

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

0 引言

频率合成器是救生电台的核心部件，其主要功能是为接收机、发射机提供所需的各种载波频率和本振频率。目前，救生电台主要采用电荷泵式DDS+PLL频率合成技术。本文通过介绍救生电台频率合成器的组成、工作原理和特点，结合具体故障的分析与故障点的定位，提出频率合成器相应的修理方法。

1 救生电台频率合成器的组成

救生电台频率合成器主要由晶振、固定分频器、DDS频率合成器、鉴相器、电荷泵、环路低通滤波器、压控振荡器、供电控制电路、放大整形电路等组成。原理框图如图1所示。

2 工作原理介绍

救生电台频率合成器采用DDS+ PLL频率合成技术。

温补晶振模块产生的信号经四分频器分频后送到双D鉴相器，作为鉴相器的基准比较信号。

压控振荡器反馈回来的射频信号经二分频器分频后送到DDS直接频率合成器模块，作为DDS模块的频率源，DDS模块在串行数据的控制下产生的信号送入双D鉴相器，作为鉴相器另一路比较信号。

双D鉴相器将上述两路信号进行相位比较，形成相位误差信号送入电荷泵电路。

电荷泵电路将相位误差信号转换为直流电压，经环路滤波器后形成直流控制电压。

压控振荡器根据电荷泵送来的直流控制电压，产生不同频率的信号，为接收机、发射机提供信号源。

3 故障现象和原因

3.1 自检报频率合成器故障

1）故障现象

产品加电后，自检报频率合成器故障。

2）原理分析

根据图2，晶振产生的基准信号经四分频送到2D4整形形成U1信号，送到2D3双D触发器；DDS输出信号经2D4整形形成U2信号，送到2D3双D触发器；根据2D3触发器真值表（见表1），2D3的4、10脚为高电平（即SD为高电平），2D3的3、11脚信号分别见U1、U2（即CLK为低电平），2D3的2、12脚信号为高电平（即D为高电平）；当U1、U2相位相同時（即频率锁定状态），则2D3的6、8脚输出高电平，并经2D4的8脚（自检信号）输出低电平，此时频率合成器自检正常。

3）故障原因及排除方法

导致自检报故的一种原因是自检电路本身故障。对此应首先检查2D3、2D4芯片的供电电压，如为+5V（+5±0.5V），再检查2D3的6、8脚，应同时为高电平（大于2.5V），最后检查2D4的8脚，应为低电平。如果实际检测中发现2D4的8脚为高电平，则可判断2D4故障。

自检报故的另一种原因是鉴相器频率不锁定。PLL环路内任何环节故障均可导致鉴相器失锁，该故障的分析步骤如下。

a.供电电压检查：2D6、2D11、2D9的供电电压应为+3.3V（+3.3±0.33V）；2D2、2D3、2D4、2D12的供电电压应为+5V（+5±0.5V）；2D1、2G1、2D5、2D7的供电电压应为+12V（+12±0.5V）。

b.基准信号的检查：供电电压正常时检查晶振2G1的输出信号，应为正弦波，幅度约为500mV。

c.开环点的确立：PLL环路中2D5、2D7、2D11、2D6的输出应为射频交流信号。根据射频信号特性，产品在加电状态下，若选择在有射频信号输出的器件进行开环，将使前级器件将部分信号耦合进入下级器件，从而影响对下级器件性能的判断。因此，开环点的确定为关键点，按图2分析，2D5、2D7压控振荡器的输入端为直流电压，直流信号通路断开后不会影响后级，因此将开环点选择在2D5、2D7压控振荡器输入端，即断开2R16电阻。

d.外部注入信号：压控振荡器工作原理如图3所示，其输出频率与控制电压满足Fout=F0+KV（F0为无控制电压时初始输出频率，K为压控振荡器灵敏度，V为压控振荡器控制电压）。按设计要求，压控振荡器控制电压范围应为3～7V，因此，通过给压控振荡器外加相应直流控制电压，监测压控振荡器输出，发现压控振荡器频率F0不随控制电压变化，因此，判断压控振荡器故障。

3.2 频率合成器频率误差偏高

1）故障现象

产品加电后，自检频率合成器正常，但发射频率误差偏高。

2）原理分析

根据图2，晶振产生的基准信号经过四分频后送入2D4整形后形成U1信号；压控振荡器反馈信号经DDS输出的信号再经2D4整形后形成U2信号；上述信号经双D鉴相器，在2D2的6、8脚形成U3、U4相位误差信号，电荷泵将相位误差信号转化为直流信号，作为压控振荡器的控制电压，不同直流控制电压的压控振荡器输出不同的频率信号。其中，U3信号脉冲宽度由U1、U2上升沿共同确定，电荷泵输出直流信号的大小直接由U3信号的脉冲宽度确立，如图4所示。

3）故障原因及排除方法

该故障可能是晶振基准信号偏差导致，分析步骤如下。

a.晶振信号检查：用频率计检查晶振基准信号的频率，其基准频率偏大。

b.误差信号脉宽检查：检测U3信号脉冲宽度，发现脉冲宽度比正常脉冲宽度宽。

c.控制电压检查：检测2R16输出端控制电压，通过对比该电压值，发现电压值偏大。

综上分析，导致频率误差偏大的原因是晶振基准信号存在频率偏差，重新调整晶振频率即可解决。

4 结论

在救生电台频率合成器修理方法研究中，对频率合成器中DDS、电荷泵、压控振荡器工作特点与工作原理进行了研究，重点对PLL频率合成器修理方法展开了深入研究，并结合典型故障进行分析，从而形成了一套频率合成器的修理方法。

参考文献

[1]频率合成器原理与设计[M].电子工业出版社。

[2]白居宪.直接数字频率合成[M].西安：西安交通大学出版社，2007.