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MC145155在多环高分辨率频率合成器中的应用

作者:dolphin时间:2011-07-13

MC145155在多环高分辨率频率合成器中的应用

这里介绍一种由锁相环大规模集成频率合成器电路MC145155构成的三环全波段电台频率合成器。该合成器输出频率为76.08~106.07999MHz,频率间隔为10Hz,而且相位抖动小,频谱纯度高。用比相频率低的单环频率合成器是无法满足这些要求的。

1. 三环频率合成器方案设计


三环频率合成原理框图如图例9-1所示。图中环I,环II为数字锁相环,环III为频率相加环。各环输出频率分别为


若要求环I和环III对输出频率fo3的频率步贡献分别为10Hz和100kHz,选取fR1=500,fR2=20kHz,则可得


已知fo3=76.08~106.07999MHz,则算出

    N2=747~1046
    N1=12000~2001
    fo2=14.94~20.92MHz
    fo1=69~73.9996MHz
          选M2=10,则得
          图例9-2给出采用MC145155组成的三环频率合成器的原理框图。


          图中环III插入固定分频器N3=M2·M3=50,还插入一个混频器。VCO3采用JFET推挽式压控振荡器,为保证环III准确快速锁定,将环II鉴相器输出控制电压作为VCO3的粗调电压。PD3采用T4044(具有理想积分滤波器的电流型鉴相器),故环III是一个高增益二阶环。

          环I和环II分别各由一片MC145155组成,两个环的VCO一个集成双压控74S124承担。现以环I为例,给出详细电路图及其计算方法。

          环I的电路图如图例9-3所示。


          (1)压控振荡器VCO1采用74S124STTL电路,其控制电压从1~4V变化时,输出频率范围为60~85MHz。故压控灵敏度KV1为 KV1=2π×8.3×106rad/s·V

          (2)混频器采用XFC1596模拟乘法器。平衡输入端7,8偏置电压为7.2V,1,4偏置电压为3.97V。输出端6,9采用宽频带变压器耦合(镍锌铁氧体磁环NXO-200φ10×6×5绕制)。混频器输入信号为fo1和75MHz晶振频率,输出信号频率为f11=6~1.0005MHz,并送到MC145155的fi端。

          (3)MC145155内部分频,鉴相以及环路滤波器设计。fi1经MC145155内部14bit可编程分频器÷N1以后,又送入芯片内的鉴相器PDA与参考频率fR1比相,输出误差信号电压控制VCO1使环路锁定。MC145155内部PDA电原理图如图例9-4所示。鉴相器波形如图例9-5所示。


          其鉴相增益Kφ为


          环路滤波器传递函数为


          式中τ1=R1C1,τ2=R2C1。环路参数ωn,ξ分别为


          选ωn=2πfR1/10,ξ=1,取N中心值N1 =7000,估算


          选C1=1μF,则得R1=24kΩ,R2=6.2kΩ。
          为提高性能,将R1分成两等值电阻串联,其中点接C2,组成一个T型低通滤波器。C2取值为

          用0.047μF和0.01μF并联,如图例9-3所示。

          3.送数方式及微机控制
          MC145155通过CLK、D、E三个端口实现串行送数。每次送入16bit二进制码。其中首两位为功能码,直接作为SW1,SW2输出,以实现波段切换或其它送数检测功能。随后的14bit便是欲送入的÷N二进制分频码。使能端E为低电平时,数据线的数据在时钟脉冲上跳变作用下被送入移位寄存器。当使能端为高电平时,移位寄存器的内容被送入所存器及14bit÷N份品器,参与锁相环的工作。如图例9-6所示。

          MC145155与单片微机(MCS-48系列的8748或MCS-51系列8751)的P端口连接如图例9-7所示。

          如前所述,合成器输出频率与分频比N1、N2的关系为
          根据该式可置换频率,其过程下:
          键盘按下所需的输出频率fo3,单片机程序指令将存储器中的控制字N2,N1在时钟上跳变节拍作用下,依次串行送入环II,环IMC145155的数据存储器中。发出E=1信号后,N2,N1数据便进入锁存器,使环路按N2,N1分频比计数并锁定,VCO3将输出所需的频率fo3。环II控制字N2每加1,VCO3频率进100kHz,使输出环进入所要求的频偏。环I控制字N1每加1时,VCO3频率步进10Hz,使合成器实现10Hz步进间隔的高分辨率。



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