基于鎖相環(huán)的頻率合成器的設(shè)計(jì)

黃麗薇 徐玉菁

(東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇南京 210088)

0 引言

無(wú)線電通信系統(tǒng)需要多個(gè)能任意切換的頻率源，系統(tǒng)對(duì)頻率源的穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度有一定的要求。頻率源可以采用頻率合成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。頻率合成技術(shù)利用標(biāo)準(zhǔn)參考頻率源，合成出多個(gè)頻率。

圖1 頻率合成器框圖

1 頻率合成器

1.1 鎖相環(huán)路的組成

鎖相環(huán)路是頻率合成器的核心。鎖相環(huán)路由鑒相器、濾波器和壓控振蕩器組成，計(jì)算輸入輸出量之間的相位差，以獲得輸出頻率對(duì)輸入頻率的鎖定，是相位負(fù)反饋控制。圖1為本次設(shè)計(jì)中的頻率合成器框圖，頻率合成核心部分采用集成鎖相環(huán)芯片MC145146、RC有源比例積分濾波器、變?nèi)荻O管壓控振蕩器、前置分頻器MB540L，輸出級(jí)采用共源放大電路，單片機(jī)設(shè)置頻率合成芯片的分頻系數(shù)、根據(jù)按鍵輸入控制頻率在數(shù)碼管上顯示。

圖2 LC正弦波振蕩器電路

1.2 鎖相環(huán)頻率合成器的工作原理

1.2.1 壓控振蕩器

變?nèi)荻O管壓控振蕩器電路如圖2所示。可變電壓VVCO通過(guò)L32加到二極管兩端，二極管的結(jié)電容隨著電壓發(fā)生變化，從而引起振蕩器的輸出頻率發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)電壓控制頻率。L32為扼流圈。在本電路中，采用分壓偏置共射極電路。為了防止交流電流流過(guò)電源，需要濾波。振蕩頻率計(jì)算式，C為C34、CV31和4個(gè)變?nèi)荻O管的等效電容值Cj并聯(lián)的總電容值。振蕩回路特性阻抗選取值時(shí)需要考慮合適的值，以順利振蕩及頻率穩(wěn)定。電感的取值為L(zhǎng)=0.22H，C1為360pF。調(diào)整電感或電容參數(shù)，可以解決理論值與實(shí)際值的誤差問(wèn)題。電感選高頻固定電感，旁路或耦合電容選陶瓷電容，電阻可以選用金屬膜電阻[1]。

圖3 鎖相環(huán)頻率合成核心電路

圖4 RC有源比例積分濾波器

表1 MB504L功能表

1.2.2 鎖相環(huán)頻率合成核心電路

鎖相環(huán)頻率合成核心電路由如圖鎖相環(huán)集成芯片MC145146和前置分頻器MB540L組成，如圖3所示。雙模前置分頻芯片MB504L根據(jù)SW和MC引腳取值不同，將輸入頻率進(jìn)行32、33、64、65分頻，表1為功能表。MC145146包含三個(gè)計(jì)數(shù)器，12位的R計(jì)數(shù)器是參考分頻器，10位的N計(jì)數(shù)器和7位的A計(jì)數(shù)器組成程序分頻器，其中，N的取值為3～1023，A的取值為3～127，R的取值為3～4095[2]。地址碼與鎖存器的選通關(guān)系如表2。

如圖3所示，在MC145146的晶振引腳接標(biāo)準(zhǔn)晶體產(chǎn)生參考信號(hào)，輸出到參考分頻器。來(lái)自前置分頻器MB504L的信號(hào)送入計(jì)數(shù)器A、N，以實(shí)現(xiàn)分頻。設(shè)置地址碼A2A1A0的值，從而選通145146芯片內(nèi)的不同鎖存器，得到數(shù)據(jù)D0D1D2D3，設(shè)置計(jì)數(shù)器A和N的分頻比。由于計(jì)數(shù)器N的分頻比大于計(jì)數(shù)器A，所以A計(jì)數(shù)器先計(jì)滿，MC變?yōu)?；計(jì)數(shù)器N繼續(xù)計(jì)數(shù)，直到N計(jì)數(shù)器計(jì)滿，MC重置為0，N和A計(jì)數(shù)器清零。N計(jì)數(shù)器的輸出送入鑒相器，以進(jìn)行相位比較，檢測(cè)鎖相狀態(tài)。

1.2.3 環(huán)路濾波器

鑒相器輸出的信號(hào)中，有部分高頻分量和干擾分量，所以需要一個(gè)低通濾波器濾除這些成分，以得到控制電壓。這個(gè)濾波器稱為環(huán)路濾波器，如圖4所示，圖中選用RC有源比例積分濾波器。

1.2.4 頻率設(shè)置顯示電路

在頻率設(shè)置顯示部分，單片機(jī)通過(guò)開(kāi)關(guān)接收變量的值，通過(guò)地址碼與鎖存器的選通關(guān)系，把改變值寫(xiě)入145146的N和A分頻器，修改分頻器N和A的分頻比，從而控制鑒相器兩個(gè)比較相位信號(hào)的頻率。通過(guò)按鍵設(shè)置頻率，設(shè)置三個(gè)按鍵S1、S2、S3，當(dāng)分別按下其中某一個(gè)時(shí)，頻率分別加10KHz、100KHz、1MHz。圖5為頻率設(shè)置顯示電路。

1.2.5 輸出部分電路

輸出模塊電路如圖6所示。輸出緩沖級(jí)電路采用3SK122場(chǎng)效應(yīng)管為核心搭建，輸出級(jí)電路采用分壓偏置共集電極電路構(gòu)成。

圖5 頻率設(shè)置顯示電路

表2 MC145146地址碼與鎖存器的選通關(guān)系

2 結(jié)語(yǔ)

圖6 輸出級(jí)電路

使用變?nèi)荻O管壓控振蕩器、鎖相環(huán)集成芯片MC145146、RC有源比例積分濾波器實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)路，加上電源部分、頻率設(shè)置部分和輸出部分，可以產(chǎn)生多個(gè)穩(wěn)定的頻率信號(hào)。以鎖相環(huán)集成芯片為核心進(jìn)行頻率合成器的設(shè)計(jì)，可以解決實(shí)際系統(tǒng)需要的多個(gè)頻率源的問(wèn)題。