摘 要：頻率合成技術(shù)是現(xiàn)代通信的重要組成部分，在無(wú)線電技術(shù)與電子系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域中均得到廣泛的應(yīng)用。分析了MC145152芯片的特點(diǎn)和功能，結(jié)合外圍電路設(shè)計(jì)了909～915 MHz步進(jìn)25 kHz的“吞除脈沖”式數(shù)字鎖相頻率合成器，該頻率合成器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、精度高、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。并且滿足了通信設(shè)備的高集成度和超小型化的要求，特別適合某些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：頻率合成器;MC145152;數(shù)字鎖相環(huán)

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004373X(2008)0508202

Research of a DPLL Frequency Synthesizer

LI Tingjun，ZHAO Yuanli，REN Jiancun，LI Zheng

(Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai，264001，China)

Abstract：The frequency synthesis technology is the important part of modern communication，it is used in many fields of wireless technology and electronic systems.The characteristics and performance of MC145152 are introduced in this paper，DPLL frequency synthesizer of 909 to 915MHz and stepped frequency 25KHz is designed with peripheral circuit.The characteristics of the frequency synthesizer are simple in structure，excellent in stability，high in accuracy and easy in implementation，and can meet the needs of high integrated level and miniaturized system in communication equipment，and canbe used in some special occation.

Keywords：frequency synthesizer;MC145152;DPLL

隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，各種新型的頻率合成器和頻率合成方案不斷涌現(xiàn)，利用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)研制出了很多頻率合成集成電路。本文介紹一種以摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC145152芯片的為基礎(chǔ)的頻率合成器。這種鎖相環(huán)頻率合成器的穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度與基準(zhǔn)頻率一致，從總體結(jié)構(gòu)上看由單片機(jī)、鎖相環(huán)及可編程分頻器三部分組成。其中可編程分頻器是單片微機(jī)與鎖相環(huán)之間的接口，同時(shí)也是組成數(shù)字鎖相頻率合成器的關(guān)鍵部件，在移動(dòng)通信陸地電臺(tái)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

1 MC145152芯片的特點(diǎn)及功能

MC145152是MOTOROLA公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路，是16比特并行輸入并行輸入數(shù)據(jù)編程的雙模鎖相環(huán)頻率合成器，該芯片內(nèi)含參考頻率振蕩器、可供用戶選擇的參考分頻器(分頻比為8，64，128，256，512，1 024，1 160，2 048)，雙端輸出的數(shù)字鑒相器、控制邏輯、10比特可編程的÷N計(jì)數(shù)器(分頻比為3～1 023)、6比特可編程÷A計(jì)數(shù)器(計(jì)數(shù)范圍為0～63)和鎖定檢測(cè)等部分。其中，10比特÷N計(jì)數(shù)器、6比特÷A計(jì)數(shù)器、模擬控制邏輯和外接雙模前置分頻器組成吞脈沖程序分頻器，吞脈沖程序分頻器的總分頻比為：N總=NP＋A，其內(nèi)部組成框圖如圖1所示。

(1) 他與雙模(P/(P+1))分頻器同時(shí)使用，有一路雙模分頻控制輸出MC。當(dāng)MC為低電平時(shí)，雙模分頻器用(P+1)去除；當(dāng)MC為高電平時(shí)，雙模分頻器用模數(shù)P去除。

(2) 他有A計(jì)數(shù)器和N計(jì)數(shù)器兩個(gè)計(jì)數(shù)器。他們與雙模(P/(P+1))分頻器提供了總分頻值(NP+A)。其中，A、N計(jì)數(shù)器可預(yù)置。N的取值范圍為3～1 023，A的取值范圍為0～63。A計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)期間，MC為低電平；N計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)(N-A)期間，MC為高電平。

(3) 他有一個(gè)參考振蕩器，可外接晶體振蕩器。

(4) 他有一個(gè)R計(jì)數(shù)器，用來(lái)給參考振蕩器分頻，R計(jì)數(shù)器可預(yù)置，R的取值范圍：8，64，128，256，512，1 024，1 160，2 048。

(5)他有兩路鑒相信號(hào)輸出，其中，ФR，ФV用來(lái)輸出鑒相誤差信號(hào)，LD用來(lái)輸出相位鎖定信號(hào)。

MC145152的工作原理：參考振蕩器信號(hào)經(jīng)R分頻器分頻后形成fR信號(hào)。壓控振蕩器信號(hào)經(jīng)雙模(P/(P+1))分頻器分頻，再經(jīng)A，N計(jì)數(shù)器分頻器后形成fV信號(hào)，fV＝fVCO/(NP+A)。fR信號(hào)和fV信號(hào)在鑒相器中鑒相，輸出的誤差信號(hào)(ΦR，ΦV)經(jīng)低通濾波器形成直流信號(hào)，直流信號(hào)再去控制壓控振蕩器的頻率。

當(dāng)整個(gè)環(huán)路鎖定后，fO＝fR且同相，fVCO＝(NP+A)fR，便可產(chǎn)生和基準(zhǔn)頻率同樣穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的任意頻率。

2 909～915 MHz數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計(jì)

[JP2]圖2為移動(dòng)通信909～915 MHz頻率合成器的設(shè)計(jì)電路，其中壓控振蕩器輸出的頻率通過(guò)雙模預(yù)分頻器MC12054A預(yù)分頻，再輸出到可編程并行輸入鎖相環(huán)MC145152中，單片機(jī)AT89C51通過(guò)I/O口對(duì)MC145152進(jìn)行編程，以改變其計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值，從而改變分頻比，鑒相器雙輸出端輸出的誤差信號(hào)ΦV和ΦR輸入到雙端輸入的有源低通濾波器，輸出信號(hào)直接對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行控制，構(gòu)成了一個(gè)完整的數(shù)控鎖相環(huán)。單片機(jī)接收人工調(diào)整、設(shè)置的數(shù)值，并對(duì)MC145152的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初值進(jìn)行不同的預(yù)置，以鎖定不同的頻率，達(dá)到改變不同頻點(diǎn)信號(hào)的目的。

[BT3]2.1 909～915 MHz頻率合成器元件的選取

鎖相環(huán)頻率合成器選用芯片MC145152。晶振選用12.8 MHz的溫補(bǔ)晶體，他的頻率穩(wěn)定度較高，可達(dá)10-8。低通濾波器選用運(yùn)放芯片MC33171；雙模分頻器選用MC12011與MC10154串聯(lián)組成÷64/65雙模前置分頻器，環(huán)路總分頻比N總＝N×64+A＝36 360～36 600，N＝568～571，A＝0～63。

[BT3]2.2 909～915 MHz頻率合成器電路的設(shè)計(jì)

(1) MC145152芯片參數(shù)的設(shè)計(jì)

909～915 MHz頻率合成器電路圖如圖2所示。

fVCO=909~915 MHz，P=64，晶體振蕩器的頻率為12.8 MHz，參考分頻器R取512，

假設(shè)壓控振蕩器控制電壓ΔVd=10 V，鑒相靈敏度Kd=9/2π V/rad，ζ 值的大小直接影響環(huán)路的瞬態(tài)特性，ζ 值大，環(huán)路的低通特性性能變差，對(duì)輸入頻率成分濾出能力降低;ζ 值太小，瞬態(tài)特性有較大的過(guò)沖，捕捉時(shí)間加長(zhǎng)，故需折衷考慮ζ 的取值，通常比較合適的數(shù)值為ζ =0.5～1.5，通常選擇最佳值1。

ωn為環(huán)路自然諧振角頻率，ωn值的選擇將直接影響環(huán)路濾波特性和捕捉時(shí)間，為了保證環(huán)路對(duì)噪聲有較好的抑制，ωn應(yīng)該遠(yuǎn)小于鑒相頻率ωd，通?？砂聪率竭x擇ωn＝ωd/(30～1 000)，當(dāng)噪聲來(lái)源于參考頻率和分頻器時(shí)，ωn可以選擇得小些；當(dāng)噪聲來(lái)源于壓控振蕩器時(shí)，ωn可選擇得大些，這里參數(shù)選10，因此

取電容標(biāo)稱值C為0.015 μF，則R1為1 574 Ω，取電阻標(biāo)稱值1.6 kΩ，R2為53 333 Ω，取標(biāo)稱值5.4 kΩ。

當(dāng)ζ選定和快捕時(shí)間ωn選定以后，自然角頻率ts由下式?jīng)Q定:ts=4ξωn=1.6 ms，轉(zhuǎn)換時(shí)間快，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

如還有其他技術(shù)指標(biāo)要求，還需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)整，使之達(dá)到指標(biāo)要求并留有余量，最后再?zèng)Q定頻率合成器環(huán)路參數(shù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文用鎖相環(huán)頻率合成器專用芯片MC145152及其外圍電路設(shè)計(jì)了909～915 MHz步進(jìn)25 kHz的頻率合成器，該頻率合成器具有較低的相位噪聲、很高的頻率穩(wěn)定度，大大促進(jìn)了數(shù)字鎖相頻率合成器集成化程度的提高和體積的縮小，滿足了通信設(shè)備的高集成度和超小型化的要求，特別適合某些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

［1］張冠百.鎖相與頻率合成技術(shù)[M].北京:高等教育出版社，1995.

［2］中國(guó)集成電路大全編委會(huì).微波集成電路[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

［3］張厥盛，鄭繼禹，萬(wàn)心平.鎖相技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1994.

［4］王福昌.鎖相技術(shù)[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社，1997.

［5］MB1501/MB1501H/MB1501L Serial Input Pll Frequency Synthesizer.Edition 6.0.Fujitsu，1994.

［6］尹鎖柱，鄭繼禹.移動(dòng)通信技術(shù)與電路[M].重慶:重慶大學(xué)出版社，1992.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”