MC145155在多环高分辨率频率合成器中的应用

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。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。