基于MC145151―2 PPL频率合成器的设计

摘 要 MC145151-2是一种大规模的CMOS电路，是典型的数字锁相环电路。它主要应用在频率合成、无线测量、扫描接收无线移动通讯等方面。本文介绍应用在频率合成领域，利用MC145151-2的锁相环特点，设定单一稳定频率源，就可以产生多个稳定频点和稳定的频率源，可以有效地解决无线通信系统中同频干扰问题。

【关键词】频率合成 VCO 锁相环 频率源 分频器

随着移动通信、雷达技术以及遥测、遥感测控技术不断发展，各种系统对频率源的要求越来越高，不但要求频率稳定度和准确度高，而且还要求能方便的改变收发频率。特别是无线电移动通信行业，同频干扰问题日益突出，无论那种移动通信，都采用多信道通信方式，尽可能避免同频干扰。这就要求通信设备不但能及时改变自己的载波频率，而且根据设定参数产生多个稳定频率点。目前工程上大量使用的频率合成器是采用石英晶体作为信号源，采用固定分频或可编程分频器、倍频器来实现系统对频率的要求。尽管石英晶体振荡器具有很高的频率稳定度和准确度，但是它的频率点只是单一的，只能在很小的频段范围内进行微调，因此不能满足工程的需求。利用锁相环电路的窄带跟踪特性与一个或多个石英晶体振荡器标准频率源相组合，就能产生与标准信号源有相同的频率稳定度、准确度的众多频率点。

1 MC145151-2锁相环简介

MC145151-2是一块双列直插式CMOS大规模集成电路，由4位总线输入、锁存器选通和地址编码的集成数字锁相环。如图2所示。内含3个计数器、分别为；14位/N计数器、7位/A计数器组成的脉冲程序分频器、14位/R为计数器参考频率分频器。另外内部集成了参考振荡器和可选参考频率分频器。工作电压范围3-9V；2路鉴相器信号输出，其中一路PDout 是鉴相器A 的输出，ФR 和ФV 是鉴相器B 输出，为鉴相误差信号，LD 用于输出相位锁定信号； 其中，RA0、RA1、RA2时输入控制参考分频器，共8种分频比选择。

2 锁相环频率合成器的基本原理

如图1是基本锁相环合成器的基本组成方框图。在PLL锁相环环路的反馈通路中插入分频器，就可构成基本锁相环频率合成器。其基本原理为；由信号源石英晶体振荡器产生出一个高稳定度的标准频率fs，经参考分频器进行R分频后，得到基准频率fr，fr=fs/R作为锁相环鉴相器的一个参考输入信号频率，而锁相环路压控振荡器输出的频率为fo，经N分频后同时送到鉴相器的另外一个输入端。当环路锁定时，一定有fr=fo/N。因此压控振荡器的输出频率为：

fo = N fs/R =Nfr

所以输出信号的频率fo为输入信号fr的N倍。改变分频器的系数N，就可得到不同频率的输出信号，完成了频率合成的功能。其中fr 为个输出信号频率之间的频率间隔，也称为频率合成器的频率分辨率。改变R数值的大小，可改变频率合成器的分辨率。由以上可以看出当环路锁定后，压控振荡器的输出频率严格与输入频率fr相等。同时在一定范围内跟踪输入信号频率变化，具有良好的跟踪特性。只要LPF通频带设计合理，整个环路就具有良好的窄带滤波特性。

3 MC141515-2集成锁相频率合成器的设计思路

（1）参考信号源采用由晶体振荡器产生频率，通常工程上采用高精度的信号发生器，这里简述。由参考信号源产生的频率为fs。

（2）压控振荡器。工程上采用由MAX038组成，其部分组成方框图如图2所示。其内部关键电路有压控振荡器、相位检测器、波形同步器。同时为根据输出波形的要求，有波形产生电路、波形选择电路以及输出放大器。

（3）控制与管理电路。工程上往往要求频率合成器能够输出不同波形、不同频率点、不同分辨率的信号，同时对频率的稳定度要求很高，因此实用电路中往往要对电路进行控制和管理。通常采用单片机系统组成控制和管理电路，主要功能对键盘输入波形和频率数据进行译码，计算出相应的控制参数，控制频率合成器的、A0、A1、A2、与N1--N13，使其输出正确的信号和波形，并将其输出频率和波形用对应的LED显示出来。

（4）由MC145151-2锁相环组成的典型频率合成器电路。如图2是锁相环组成的频率合成器电路。电路由4大部分组成；第一部分是由晶体振荡器组成的高精度信号源，产生参考信号频率为fs。第二部分是以MC145151-2为核心的锁相环电路以及分频电路，有基准信号分频器，14位/R计数器，适当选择选择分频比，就可以选择频率合成器的分辨率。第三部分是以MAX038为主的高性能、高精度、多波形的压控振荡器。第四部分是14位/N的计数器，根据收发的不同需要，可以产生不同的频率输出。

4 结束语

基于数字锁相环所组成的频率合成器，具有电路简单，工作频率稳定可靠，输出频率跟踪及时，准确性高。特点是合成器频率分辨率可根据需要设计，同时收发频率点可控方便，特别具有抑制同频干扰的特点。因此在通信工程中应用及其广泛。

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作者简介

雷少刚（1958―），男，陕西省合阳人，副教授。从事应用电子、通信技术教学与科研工作。

作者单位

西安航空学院电气学院 陕西省西安市 710077