《高频电子线路》课程教学资源（应用实例）实例九 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76.08106.07999MHz，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Mfos75HzLPF二MPD3VCO3folIII-M3VCOVLPFLPF一12fo2-N3IILPFVCO21PD:F2R1图（a)三环频率和成器原理框图三环频率合成原理框图如图(a)所示。图中环I，环II为数字锁相环，环IⅡII为频率相加环。各环输出频率分别为Ma·MsfJo,=M,Ja+M,Jo=N2Jx2Ja=75×106-N,Jx若要求环1和环IⅢI对输出频率fo的步进频率分别为10Hz和100kHz，选取fi=500，fr2=20kHz，则可得

《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(a)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的步进频率分别为 10Hz 和 100kHz，选取 fR1＝500， fR2＝20kHz，则可得

10HzM -100kHz- 5;M,Ms150Jx2M,Jn已知fa3=76.08~106.07999MHz，则算出N=747~1046M=2001~12000fe=14.94~20.92MHzfal=69~73.9996MHz(Jos1=27.6~29.5998kHz,M,-50M,M,=2500.Ja302M2(M,选M=10，则得2.锁相环路设计采用MC145155组成的三环频率合成器的原理框图如图（b）所示。f03751Hz草一PD3VC03LPF2500XIII1fo1f11f13-5VC0110IMC145155LPFMC145155OSCfo2f10.7MHzPDofiVCO2IIOSC1PDoOSC1REFLPF10EICLKIIECLKDAA图(b)MC145155三环频率合成器原理框图图中环III插入固定分频器N,=M·M=50，还插入一个混频器。VCO.采用JFET推挽式压控振荡器，为保证环IⅢI准确快速锁定，将环ⅡI鉴相器输出控制电压作为VCO的粗调电压。PD，采用T4044（具有理想积分滤波器的电流型鉴相器），故环I是一个高增益二阶环

已知 fo3＝76.08～106.07999MHz，则算出 N2＝747～1046 N1＝2001～12000 fo2＝14.94～20.92MHz fo1＝69～73.9996MHz 选 M2＝10，则得 2.锁相环路设计 采用 MC145155 组成的三环频率合成器的原理框图如图（b）所示。 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1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（c)所示。fo1=69~73.9995MHz+5V00.01μF51021.2k2+12V0.1μFHHO1k2100MF10k28200T工VccA7.23612.7pF.01μFV1XFC1596124Cex10k2IGVt105 9f1151020.052μF1k2R2C0.01μF10k2C2C11uF6.2k2R工0.01μH来自75MHz晶振12kTRODizka+5V562RA2PDoVIDfio+5VRA15OMC145155901210.24MHz18OSCi71RAOEDCLKVss1410236 7来自环I145155711的REFo端L图(c)数字环电原理图（1）压控振荡器VCO，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kyl为kv1=2元×8.3×10°rad/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72V，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一200o10x6×5绕制）。混频器输入信号为f。和75MHz晶振频率，输出信号频率为fi=6～1.0005MHz，并送到MC145155的f端。（3）MC145155内部分频，鉴相以及环路滤波器设计。f经MC145155内部14bit可编程分频器-N,以后，又送入芯片内的鉴相器PDA与参考频率fRi比相，输出误差信号电

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(c)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×8.3×106 rad/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VCO，使环路锁定。MC145155内部PDA电原理图如图(d)所示。鉴相器波形如图(e)所示。ViDCPQfrDRQVaRRiOCH主IPDoR2CPRQDQEr=C1MC145155PDA图(d)PDA电原理图PDo VmViD%2图（e）PDA输入输出波形其鉴相增益K.为VDD12=Vpp14元V/radLo2元环路滤波器传递函数为$T2+1F(s) =s(t, +t,)+1式中Ti=R,Ci,T2=R2C1。环路参数Wn，分别为

压控制 VCO1使环路锁定。MC145155 内部 PDA 电原理图如图(d)所示。鉴相器波形如 图(e)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

Ka·Ky0元Ni(tI +t2)Mi10(22Ke.Kn选=2元fR/10，=1，取N中心值N=7000，估算M,2--6.029x10-3sT2=wnKo·KK·Ky1-t2=24.005×10~3st1=W3.M选C,=1μF，则得R,=24kQ2，R,=6.2kQ2。为提高性能，将R,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。C取值为4=0.053×10-FC2=2元RJRc用0.047uF和0.01uF并联，如图（c）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SW，SW，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锁存器及14bit-N分频器，参与锁相环的工作。如图(f)所示。MC145155与单片微机（MCS一48系列的8748或MCS一51系列8751）的P端口连接如图(g)所示

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(c)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锁 存器及 14bit÷N 分频器，参与锁相环的工作。如图(f)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(g)所示

一N计数器输入ZISK最后送入进入第一位（第十六位）图（f）MC145155送数方式环I环IIMC145155C145155DECLKCLKDEA个A11AP端口KEYLED8748图（g）C145155与单片微机的连接框图如前所述，合成器输出频率与分频比N、N的关系为Jo3 =M3Jo2 +M2M3fal - fra 2 +(75x10 - a M)Mi50=100×103N2+1500×10310Ni根据该式可置换频率，其过程下：键盘按下所需的输出频率fs，单片机程序指令将存储器中的控制字N2，N,在时钟上跳变节拍作用下，依次串行送入环II，环IMCI145155的数据存储器中。发出E=1信号后，N2，N,数据便进入锁存器，使环路按N2，N,分频比计数并锁定，VCO;将输出所需的频率fo3。环II控制字N2每加1，VCO，频率进100kHz，使输出环进入所要求的频偏。环I控制字N,每加1时，VCO，频率步进10Hz，使合成器实现10Hz步进间隔的高分辨率

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