锁相环频率合成器专用芯片MC145152-2的设计及应用
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。
2 mc145152－2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。
3 1800 mhz频率合成器的设计
3．1 1800 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。
3．2 mc145152-2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。
3．3 1800 mhz频率合成器电路的设计
1800 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。
5 结束语
本文将锁相环频率合成器专用芯片mc145152-2、变容管电调谐介质振荡器用于1800 mhz频率合成器中，使该频率合成器具有较低的相位噪声、很高的频率稳定度。与传统频率合成器相比，性能有了很大的提高。该频率合成器在移动通信等领域将有着广泛的应用。
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（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。
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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。
3 1800 mhz频率合成器的设计
3．1 1800 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。
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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。
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故：r1选用4．7 kω电阻，r2选用120 kω电阻。
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4 测试结果
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5 结束语
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