模拟锁相环NE564在FM解调电路中的应用

摘要：介绍了锁相鉴频电路的工作原理和模拟锁相环芯片NE564的结构与特点，并用该芯片设计了一款41．4MHz的FM解调电路，具有较强的实用性。
关键词：锁相环；调制解调；NE564芯片

0 引言
    调频波(FM)解调称为频率检波，简称鉴频。实现调频波解调的方法有很多，常见的方法有：a．斜率鉴频、相位鉴频、比例鉴频，这些鉴频器电路需要大量的电阻电容等元件，电路形式比较复杂不易于集成；b．移相乘积鉴频、脉冲均值鉴频，这些鉴频器易于集成，但移相乘积鉴频器内部噪声较大，脉冲均值鉴频器线性好、频带宽，但中心频率范围较低；c．锁相环鉴频，它是利用现代锁相技术来实现鉴频的方法，具有工作稳定、失真小、信噪比高等优点，所以被广泛应用在通信电路系统中。

1 锁相鉴频器的工作原理
    锁相鉴频器原理框图如图1所示。当输入为调频波时，如果环路滤波器的带宽足够宽，使鉴相器的输出电压可以顺利通过，则VCO(压控振荡器)就能跟踪输入调频波中反映调制规律变化的瞬时频率，即VCO的输出就是一个具有相同调制规律的调频波。这时环路滤波器输出的控制电压就是所需的调频波解调电压。模拟锁相环NE564芯片就可用来设计FM解调电路。

2 模拟锁相环NE564的结构与特点
    模拟锁相环SE564芯片的最高工作频率可达50MHz，采用+5V单电源供电，电路设计所使用的元件不多，关键步骤是设置中心频率和如何滤波两个方面。特别适用于高速数字通信中FM信号和FSK(移频键控)信号的调制和解调，且不需外接复杂的滤波器。芯片采用双极性工艺，电路由限幅器、鉴相器、压控振荡器、放大器、直流恢复电路和施密特触发器等六部分组成，内部结构如图2所示。

    图2中，限幅器由差分电路组成，可抑制FM信号的寄生调幅；鉴相器(PD)的内部含有限幅放大器，以提高对AM信号的抗干扰能力：4、5脚外接电容组成环路滤波器，用来滤除比较器输出的直流误差电压中的纹波；2脚用来改变环路的增益；3脚为VCO的反馈输入端；VCO是改进型的射极耦合多谐振荡器，有两个电压输出端，9脚输出TTL电平，11脚输出ECL电平。VCO内部接有固定电阻，只需外接一个定时电容就可产生振荡；施密特触发器的回差电压可通过15脚外接直流电压进行调整， 以消除16脚输出信号的相位抖动。SE564的封装图如图3所示。

3 FM解调电路设计
    用NE564组成41．4MHz的FM电路，如图4所示。FM输入信号的电压Vi≥100mV，调制信号的频率fΩ=1KHz，该电路的元件参数设计如下：

    图中Dl、D2为限幅二极管。C1是输入耦合电容，Rl、C2组成限幅放大器的输入偏置滤波，滤除FM信号中的杂波。R3和RP对2脚提供输入电流I2，用来控制环路增益和VCO的锁定范围，总电阻R与电流12的关系为：
   
    式中的1．3V是由于NE564的13脚电压为1．3V，I2一般为几百毫安，调节电位器RP使环路增益和VCO的锁定范围达到最佳值。R4是VCO输出端必须接的上拉电阻。C3、C4与内部两个对应电阻(阻值R=1．3kΩ)分别组成一阶RC低通滤波器。其截止角频率为：
   
    滤波器的性能对环路入锁时间的快慢有一定影响，可根据要求改变C3、C4的值。VCO的固有振荡频率fv与定时电容Ct的关系为：
   
    工作频率为41．4MHz时，由式(3)或振荡频率fv与Ct的关系曲线图5，得出Ct≈11pF，可用6pF和3／20pF电容并联使用。C5和C6用来滤除电源中的高低频交流分量。C7、C8和R5组成π型滤波器，用来滤除输出信号中的谐波分量。

    该电路通过调试，中心频率工作在41．4MHz，频偏可达1MHz以上，输出电压在O．4V以上。