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1 引言 頻率合成技術是現代通信的重要組成部分，它是將一個高穩定度和高準確度的基準頻率經過四則運算，產生同樣穩定度和準確度的任意頻率。隨著大規模集成電路的發展，利用鎖相環頻率合成技術研制出了很多頻率合成集成電路。其中，以摩托羅拉公司的MC14515x-2系列較為先進，本文將介紹一種基于MC145152-2芯片的頻率合成器。這種鎖相環頻率合成器的穩定度和準確度與基準頻率相當，不產生額外的誤差。它在移動通信等領域有著廣泛的應用。 2 MC145152－2芯片的特點及功能 MC145152－2芯片是摩托羅拉公司生產的鎖相環頻率合成器專用芯片。它是MC145152－1芯片的改進型。MC145152－2芯片具有下列主要特征： （1）它與雙模（P／（P＋1））分頻器同時使用，有一路雙模分頻控制輸出MC。當MC為低電平時，雙模分頻器用（P＋1）去除；當MC為高電平時，雙模分頻器用模數P去除。 （2）它有A計數器和N計數器兩個計數器。它們與雙模（P／（P＋1））分頻器提供了總分頻值（NP＋A）。其中，A、N計數器可預置。N的取值范圍為3～1023，A的取值范圍為0～63。A計數器計數期間，MC為低電平；N計數器計數（N－A）期間，MC為高電平。 （3）它有一個參考振蕩器，可外接晶體振蕩器。 （4）它有一個R計數器，用來給參考振蕩器分頻，R計數器可預置，R的取值范圍：8，64，128，256，512，1024，1160，2048。 （5）它有兩路鑒相信號輸出，其中，ФR、ФV用來輸出鑒相誤差信號，LD用來輸出相位鎖定信號。 MC145152－2的供電電壓為3．0 V～9．0 V，采用28腳雙列封裝形式。MC145152－2的原理框圖如圖1所示。 MC145152－2的工作原理：參考振蕩器信號經R分頻器分頻后形成fR信號。壓控振蕩器信號經雙模（P／（P＋1））分頻器分頻，再經A、N計數器分頻器后形成fV信號，fV＝fVCO／（NP＋A）。fR信號和fV信號在鑒相器中鑒相，輸出的誤差信號（ΦR、ΦV）經低通濾波器形成直流信號，直流信號再去控制壓控振蕩器的頻率。 當整個環路鎖定后，fV＝fR且同相，fVCO＝（NP＋A）fV＝（NP＋A）fR，便可產生和基準頻率同樣穩定度和準確度的任意頻率。 3 1800 MHz頻率合成器的設計 3．1 1800 MHz頻率合成器元件的選取 鎖相環頻率合成器選用芯片MC145152－2。晶振選用10．24MHz的溫補晶體，它的頻率穩定度較高，可達10－8。低通濾波器選用運放芯片MC33171；雙模分頻器選用MC12054A芯片，模數P＝128，工作頻率為2．0 GHz；壓控振蕩器選用變容管電調諧介質振蕩器。 3．2 MC145152-2芯片參數的設計 R的取值范圍＝512，RA2～RA0為100， N的取值范圍＝703，N9～N0為1010111111，A的取值范圍＝16，A5～A0為010000。 R計數器、N計數器、A計數器可預置，各管腳接地為邏輯0，懸空為邏輯1。 3．3 1800 MHz頻率合成器電路的設計 1800 MHz頻率合成器電路圖，如圖2所示。 圖2中，運放芯片MC33171構成了有源比例積分濾波器，在設計時首先選擇合適的電容C，然后，再根據ωn、N、Kv、Kd和ξ計算R1和R2的值。 式（1）和式（2）中，Kv為壓控振蕩器電調靈敏度（rad／sV）；Kd為比相器靈敏度，Kd＝VDD／2π，VDD是運放的工作電壓（VDD＝5 V），Kd單位取V／rad；N為總分頻次數；ξ為鎖相環路的阻尼系數，ξ的合適取值范圍是在0．5～1．0之間，通常選擇最佳起始點ξ＝0．707；ωn為環路自然諧振角頻率，ωn值的選擇將直接影響環路濾波特性和捕捉時間，為了保證環路對噪聲有較好的抑制，ωn應該遠小于鑒相頻率ωd，通常可按式（3）選擇 ωn＝ωd／（30～1 000），（3） 當噪聲來源于參考頻率和分頻器時，ωn可以選擇得小些；當噪聲來源于壓控振蕩器時，ωn可選擇得大些。 具體計算如下： Kd＝VDD／（2π）＝5／（2π）＝0．796 V／rad， 故：R1選用4．7 kΩ電阻，R2選用120 kΩ電阻。 變容管電調諧介質振蕩器〔2～4〕如圖3所示，把變容管通過微帶線與介質振蕩器耦合形成電調諧電路，調諧電壓加在變容管兩端，改變變容管結電容，就可以實現諧振頻率的調整。 這種介質振蕩器體積小、高穩定、低噪聲，能夠滿足鎖相環路的要求。 4 測試結果 經測試，本頻率合成器具有較低的相位噪聲，在偏離載頻100 Hz、1 kHz、10 kHz時，相位噪聲分別為－35dBC、－65 dBC、－85 dBC（見圖4）。它的頻率穩定度也很高，在－20℃～＋55℃范圍內可以穩定在10－8以內。 5 結束語 本文將鎖相環頻率合成器專用芯片MC145152-2、變容管電調諧介質振蕩器用于1800 MHz頻率合成器中，使該頻率合成器具有較低的相位噪聲、很高的頻率穩定度。與傳統頻率合成器相比，性能有了很大的提高。該頻率合成器在移動通信等領域將有著廣泛的應用。 |
