锁相环频率合成器的方案研究

锁相环频率合成器的方案研究

随着大规模集成威廉希尔官方网站 的发展，各种新型的频率合成器和频率合成方案不断涌现，利用锁相环频率合成技术研制出了很多频率合成集成威廉希尔官方网站 。本文介绍一种以摩托罗拉公司生产的MC145152芯片的为基础的频率合成器。这种锁相环频率合成器的稳定度和准确度与基准频率一致，从总体结构上看由单片机、锁相环及可编程分频器三部分组成。其中可编程分频器是单片微机与锁相环之间的接口，同时也是组成数字锁相频率合成器的关键部件，在移动通信陆地电台等领域有着广泛的应用。

1 MC145152芯片的特点及功能

MC145152是MOTOROLA公司生产的大规模集成威廉希尔官方网站 ，是16比特并行输入并行输入数据编程的双模锁相环频率合成器，该芯片内含参考频率振荡器、可供用户选择的参考分频器(分频比为8，64，128，256，512，1 024，1 160，2 048)，双端输出的数字鉴相器、控制逻辑、10比特可编程的÷N计数器(分频比为3～1 023)、6比特可编程÷A计数器(计数范围为0～63)和锁定检测等部分。其中，10比特÷N计数器、6比特÷A计数器、模拟控制逻辑和外接双模前置分频器组成吞脉冲程序分频器，吞脉冲程序分频器的总分频比为：N总=NP+A，其内部组成框图如图1所示。

(1)他与双模(P／(P+1))分频器同时使用，有一路双模分频控制输出MC。当MC为低电平时，双模分频器用(P+1)去除；当MC为高电平时，双模分频器用模数P去除。

(2)他有A计数器和N计数器两个计数器。他们与双模(P／(P+1))分频器提供了总分频值(NP+A)。其中，A、N计数器可预置。N的取值范围为3～1 023，A的取值范围为0～63。A计数器计数期间，MC为低电平；N计数器计数(N-A)期间，MC为高电平。

(3)他有一个参考振荡器，可外接晶体振荡器。

(4)他有一个R计数器，用来给参考振荡器分频，R计数器可预置，R的取值范围：8，64，128，256，512，1 024，1 160，2 048。

(5)他有两路鉴相信号输出，其中，φR，φV用来输出鉴相误差信号，LD用来输出相位锁定信号。

MC145152的工作原理；参考振荡器信号经R分频器分频后形成fR信号。压控振荡器信号经双模(P／(P+1))分频器分频，再经A，N计数器分频器后形成fv信号，fv=fvco／(NP+A)。fR信号和fV信号在鉴相器中鉴相，输出的误差信号(φR，φV)经低通滤波器形成直流信号，直流信号再去控制压控振荡器的频率。

当整个环路锁定后，fO=fR且同相，fVCO=(NP+A)fR，便可产生和基准频率同样稳定度和准确度的任意频率。

2 909～915 MHz数字锁相环频率合成器的设计

图2为移动通信909～915 MHz频率合成器的设计威廉希尔官方网站 ，其中压控振荡器输出的频率通过双模预分频器MC12054A预分频，再输出到可编程并行输入锁相环MC145152中，单片机AT89C51通过I／O口对MC145152进行编程，以改变其计数器的计数初值，从而改变分频比，鉴相器双输出端输出的误差信号φV和φR输入到双端输入的有源低通滤波器，输出信号直接对压控振荡器进行控制，构成了一个完整的数控锁相环。单片机接收人工调整、设置的数值，并对MC145152的计数器计数初值进行不同的预置，以锁定不同的频率，达到改变不同频点信号的目的。

2.1 909～915 MHz频率合成器元件的选取

锁相环频率合成器选用芯片MC145152。晶振选用12.8 MHz的温补晶体，他的频率稳定度较高，可达10-8。低通滤波器选用运放芯片MC33171；双模分频器选用MC12011与MC10154串联组成÷64／65双模前置分频器，环路总分频比N总=N×64+A=36 360～36 600，N=568～571，A=0～63。

2.2 909～915 MHz频率合成器威廉希尔官方网站 的设计

(1)MC145152芯片参数的设计

909～915 MHz频率合成器威廉希尔官方网站 图如图2所示。

fVCO=909～915 MHz，P=64，晶体振荡器的频率为12.8 MHz，参考分频器R取512，RA2～RA0为100，则：

因此，N的取值范围为568～571，A的取值范围为0～63，对应分频比36 360，N计数器二进制为1000111011，A计数器二进制为111000，对应分频比36 600，N计数器二进制为1000111011，A计数器二进制为111000，其余类推。R计数器、N计数器、A计数器可预置，各管脚接地为逻辑0，悬空为逻辑1。

2.3外围威廉希尔官方网站 参数设计

假设压控振荡器控制电压△Vd=10 V，鉴相灵敏度Kd=9／2πV／rad，ζ值的大小直接影响环路的瞬态特性，ζ值大，环路的低通特性性能变差，对输入频率成分滤出能力降低；ζ值太小，瞬态特性有较大的过冲，捕捉时间加长，故需折衷考虑ζ的取值，通常比较合适的数值为ζ=0.5～1.5，通常选择最佳值1。

ωn为环路自然谐振角频率，ωn值的选择将直接影响环路滤波特性和捕捉时间，为了保证环路对噪声有较好的抑制，ωn应该远小于鉴相频率ωd，通常可按下式选择ωn=ωd／(30～1 000)，当噪声来源于参考频率和分频器时，ωn可以选择得小些；当噪声来源于压控振荡器时，ωn可选择得大些，这里参数选10，因此叫ωn为2 500 rad／s。


有源比例积分滤波器由运放芯片MC33171构成，根据前面确定的参数K0，Kd和ωn可以确定R1和R2。

取电容标称值C为0.015μF，则R1为1 574 Ω，取电阻标称值1.6 kΩ，R2为53 333 Ω，取标称值5.4 kΩ。

当ζ选定和快捕时间ωn选定以后，自然角频率ts由下式决定：

，转换时间快，满足技术指标要求。

如还有其他技术指标要求，还需进行实验调整，使之达到指标要求并留有余量，最后再决定频率合成器环路参数。

3结 语

本文用锁相环频率合成器专用芯片MC145152及其外围威廉希尔官方网站 设计了909～915 MHz步进25 kHz的频率合成器，该频率合成器具有较低的相位噪声、很高的频率稳定度，大大促进了数字锁相频率合成器集成化程度的提高和体积的缩小，满足了通信设备的高集成度和超小型化的要求，特别适合某些特殊场合的应用.