1 引言

频率合成技术是现代通信的重要组成部分,它是将一个高稳定度和高准确度的基准频率经过四则运算,产生同样稳定度和准确度的任意频率。随着大规模集成电路的发展,利用锁相环频率合成技术研制出了很多频率合成集成电路。其中,以摩托罗拉公司的MC14515x－2系列较为先进,本文将介绍一种基于MC145152－2芯片的频率合成器。这种锁相环频率合成器的稳定度和准确度与基准频率相当,不产生额外的误差。它在移动通信等领域有着广泛的应用。

2MC145152－2芯片的特点及功能

MC145152－2芯片是摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片。它是MC145152－1芯片的改进型。MC145152－2芯片具有下列主要特征：

（1）它与双模（P／（P＋1））分频器同时使用,有一路双模分频控制输出MC。当MC为低电平时,双模分频器用（P＋1）去除;当MC为高电平时,双模分频器用模数P去除。

（2）它有A计数器和N计数器两个计数器。它们与双模（P／（P＋1））分频器提供了总分频值（NP＋A）。其中,A、N计数器可预置。N的取值范围为3～1023,A的取值范围为0～63。A计数器计数期间,MC为低电平;N计数器计数（N－A）期间,MC为高电平。

（3）它有一个参考振荡器,可外接晶体振荡器。

（4）它有一个R计数器,用来给参考振荡器分频,R计数器可预置,R的取值范围：8,64,128,256,512,1024,1160,2048。

（5）它有两路鉴相信号输出,其中,ФR、ФV用来输出鉴相误差信号,LD用来输出相位锁定信号。

MC145152－2的供电电压为3．0 V～9．0 V,采用28脚双列封装形式。MC145152－2的原理框图如图1所示。

MC145152－2的工作原理：参考振荡器信号经R分频器分频后形成fR信号。压控振荡器信号经双模（P／（P＋1））分频器分频,再经A、N计数器分频器后形成fV信号,fV＝fVCO／（NP＋A）。fR信号和fV信号在鉴相器中鉴相,输出的误差信号（ΦR、ΦV）经低通滤波器形成直流信号,直流信号再去控制压控振荡器的频率。

当整个环路锁定后,fV＝fR且同相,fVCO＝（NP＋A）fV＝（NP＋A）fR,便可产生和基准频率同样稳定度和准确度的任意频率。

31 800 MHz频率合成器的设计

3．11 800 MHz频率合成器元件的选取

锁相环频率合成器选用芯片MC145152－2。晶振选用10．24MHz的温补晶体,它的频率稳定度较高,可达10－8。低通滤波器选用运放芯片MC33171;双模分频器选用MC12054A芯片,模数P＝128,工作频率为2．0 GHz;压控振荡器选用变容管电调谐介质振荡器。

3．2MC145152-2芯片参数的设计

R的取值范围＝512,RA2～RA0为100,

N的取值范围＝703,N9～N0为1010111111,A的取值范围＝16,A5～A0为010000。

R计数器、N计数器、A计数器可预置,各管脚接地为逻辑0,悬空为逻辑1。

3．31 800 MHz频率合成器电路的设计

1 800 MHz频率合成器电路图,如图2所示。

图2中,运放芯片MC33171构成了有源比例积分滤波器,在设计时首先选择合适的电容C,然后,再根据ωn、N、Kv、Kd和ξ计算R1和R2的值。

式（1）和式（2）中,Kv为压控振荡器电调灵敏度（rad／sV）;Kd为比相器灵敏度,Kd＝VDD／2π,VDD是运放的工作电压（VDD＝5 V）,Kd单位取V／rad;N为总分频次数;ξ为锁相环路的阻尼系数,ξ的合适取值范围是在0．5～1．0之间,通常选择最佳起始点ξ＝0．707;ωn为环路自然谐振角频率,ωn值的选择将直接影响环路滤波特性和捕捉时间,为了保证环路对噪声有较好的抑制,ωn应该远小于鉴相频率ωd,通常可按式（3）选择

ωn＝ωd／（30～1 000）,（3）

当噪声来源于参考频率和分频器时,ωn可以选择得小些;当噪声来源于压控振荡器时,ωn可选择得大些。

具体计算如下：

Kd＝VDD／（2π）＝5／（2π）＝0．796 V／rad,

故：R1选用4．7 kΩ电阻,R2选用120 kΩ电阻。

变容管电调谐介质振荡器〔2～4〕如图3所示,把变容管通过微带线与介质振荡器耦合形成电调谐电路,调谐电压加在变容管两端,改变变容管结电容,就可以实现谐振频率的调整。

这种介质振荡器体积小、高稳定、低噪声,能够满足锁相环路的要求。

4测试结果

经测试,本频率合成器具有较低的相位噪声,在偏离载频100 Hz、1 kHz、10 kHz时,相位噪声分别为－35dBC、－65 dBC、－85 dBC（见图4）。它的频率稳定度也很高,在－20℃～＋55℃范围内可以稳定在10－8以内。