MC145201在频率合成器中的应用

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引言MC145201是摩托罗拉公司生产的串行码编程的锁相环频率合成器，最高输出频率达到2GHz，内含完全可编程的 R， N和 A计数器。该芯片可外接晶振，也可以直接输入参考频率。针对不同的应用场合，MC145201具有双列直插式、SOG和TSSOP外形的贴片封装。在实际电路应用中，所需外围电路元器件较少，在小面积的电路板上面即可搭配完成一个锁相环频率合成器。MC145201的结构图1为MC145201的内部功能框图。图1　MC145201结构框图REFin（20脚）和REFout（1脚），此二脚与外部晶体振荡器连接，可形成参考频率，也可以直接连接外部参考频率，但是连接方法稍有不同。连接晶振的时候，两个引脚还要接不大于30pF的电容，晶振范围2---15MHz。连接外部参考频率的时候，不再需要外接电容。但是当参考信号电压范围不同时，参考频率的范围亦不同。当Vin≥400mVp-p 时，参考频率的范围是12MHz----27MHz。当Vin≥1Vp-p 时，参考频率的范围是4.5MHz-----27MHz。LD（2脚）锁定检测输出脚，当锁相环路锁定时（ r和 v同频同相的时候），该引脚输出高电平并有窄的脉冲；当环路失锁时，输出的脉冲为低电平（如图2所示），该引脚可用可不用，刚开始加电，片内初始化给引脚低电平，防止电路错锁，不用时悬空。R（3脚） 和 V（4脚）是片内鉴相器的两路输出，当 R和 V同频同相时，各自输出高电平，并带有窄脉冲（如图2 （C7为低电平）所示，当C7位高电平，R和V图形互换）图2　MC145201　鉴相、频与锁定检测输出波形VPD（5脚），VDD(14脚)，VCC（12脚）为电源接入端，均不能超过5.5V，通常选取5V作为供电电源，一般VDD和VCC还要接一个1 F的电容到地。PDOUT（6脚）鉴相器单端输出脚，外接低通滤波器即可形成环路。该引脚可用可不用，也可翻转（通过C寄存器的C7送高低位改变）。GND（7脚） 接地端。RX（8脚）脚接一电阻（和C寄存器的送数有关），该电阻的大小决定了PDOUT脚的最大输出电流。当C2和C3全为高的时候， PDOUT脚的输出电流最大。要想在5 V供电下到达最大输出电流2mA， RX接一个18K的电阻。当用 R和 V作为输出，外接环路波器时，RX可以不用。TEST1（9脚）和TEST2（13脚）决定了MC145201内置分频器的分频比，当TEST1为高时，内置分频比为64，当TEST1为低的时，内置分频比为65。fin（10脚） fin（11脚），其中 fin为外部环路滤波器送入MC145201引脚，通常用一个0.01F的电容连接， fin通常用1个1000pF的电容接地。Din（19脚）、CLK（18脚）、ENB（17脚），此三个引脚为外部数据送入端。Din为串行数据输入端，在时钟由低到高转换后，比特数据流开始装载进入芯片的寄存器。其传送格式是这样规定的，即1个字节送C寄存器，2个字节送R寄存器，3个字节送 A寄存器，送数时高位在前，低位在后；ENB为低电平使能端，该引脚接高电平的时候，数据不能被读入，只有当该引脚由高转为低时才能读入数据；CLK为时钟输入脚，当时钟从低电平转为高电平的时候，数据从Din脚输入寄存器，而从高电平转为低电平的时候，数据从寄存器读出，送入内部计数器。当CLK为8个时钟周期时，访问C寄存器；CLK为16个时钟周期时，访问R寄存器；CLK为24个时钟周期时，访问A 寄存器。同时为了保证R计数器和A计数器以及N计数器同时工作，MC145201设计了特殊的双缓存的R寄存器。原理如下：当16比特数据来的时候，首先被R寄存器的第一个缓存器写入，当A寄存器开始工作时，R寄存器的第2个缓存器读入第一个缓存器的低13位（也就是R计数器所需的），这样就保证了R、A和N计数器的同时工作。OUTPUTA（16脚）和OUTPUTB（15脚）其中，OUTPUTA可以用作 R， V，Data Out 或者扩展引脚。当A23=A22=1时，OUTPUTA作为 R；当A23=1，A22=0时，OUTPUTA作为 V；当A23=0，A22=1时，OUTPUTA作为 Data Out ；当A23=A22=0时，OUTPUTA作为扩展引脚。而OUTPUTB一般都是用来作为外围电路的扩展引脚来用的，他是由C0控制的，C0为低，该引脚即低，C0为高，该引脚为高，呈现高阻状态。MC145201的实际应用笔者在设计30MHz---88MHz，每25K一个跳变频点，300跳/秒的频率合成器的时候用到了MC145201。同时用 DDS（AD9851）驱动MC145201，能产生频谱较纯净的频率源。在图3中，AD9851的输出范围为10MHz----24.2424MHz，R计数器的分频比为100，N和A的分频比均为5，内置分频器的分频比为65，选用MC145201的 R和 V脚送入后面的有源比例积分滤波器，经过压控振荡器送回MC145201，电路图如图3所示。经过对上述电路的调试，通过改变环路滤波器的参数，能很好的抑制输出电压中的载频分量和高频噪声，减少了寄生输出，得到了性能较佳的一款频率合成器。图3　DDS/PLL频率合成器电路图