基于MB1504的鎖相頻率源電路設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　由鎖相環(huán)構(gòu)成的間接式頻率合成器在無線通信領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用。通常采用鎖相頻率合成器的輸出信號(hào)來作為無線接收機(jī)中的本振信號(hào)，以使直接頻率調(diào)制器、頻率解調(diào)器能夠從輸入信號(hào)中再生載波。

　　傳統(tǒng)的頻率合成一般通過混頻、倍頻、分頻、濾波等方式進(jìn)行頻率變換和組合，從而產(chǎn)生大量離散的穩(wěn)定頻率信號(hào)。這不僅使頻率合成器具有龐大的體積和重量，其輸出信號(hào)中的諧波、噪聲及寄生頻率均難以抑制，同時(shí)頻率范圍也將受到限制。而鎖相頻率合成主要是通過晶體振蕩器提供的標(biāo)準(zhǔn)頻率，在給定的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生與該晶體振蕩器穩(wěn)定度相同的大量離散頻率信號(hào)。 本文介紹用集成電路MAX2620和集總LC元件構(gòu)成窄帶VCO電路模塊，然后同集成鎖相頻率合成器芯片MB1504一起構(gòu)成鎖相環(huán)式低噪聲、高穩(wěn)定性的鎖相頻率源電路的設(shè)計(jì)方法。

　　1 整體設(shè)計(jì)方案

　　圖1所示是一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)的基本電路組成。其中REF代表參考晶體振蕩器，÷R為參考分頻器，PFD為鑒頻鑒相器，LPF為環(huán)路濾波器，VCO為壓控振蕩器，÷N為前置分頻器。

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　　無線接收機(jī)中的本地振蕩信號(hào)通常需要特定的頻點(diǎn)，這往往需要設(shè)計(jì)一個(gè)窄帶且相位噪聲性能優(yōu)越的VCO。雖然用分立晶體管、諧振回路以及緩沖放大器也可以構(gòu)成VCO電路，但穩(wěn)定性差、受電源及分布參數(shù)影響大、調(diào)試不方便。而MAXIM公司的MAX2620是一款較寬頻率范圍(10～1 050 MHz)的集成振蕩器芯片，它具有高頻雙極工藝所特有的低閃爍噪聲、低噪聲系數(shù)和低寄生特點(diǎn)。用戶可以根據(jù)自己的需要并配以適當(dāng)?shù)恼袷幓芈?，從而設(shè)計(jì)出所需中心頻率的壓控振蕩器電路。MAX2620內(nèi)部的有源器件對(duì)諧振回路的負(fù)載極輕。因而可使振蕩回路具有較高的有載Q值，以用來設(shè)計(jì)窄帶壓控振蕩器電路。 MR1504是具有吞脈沖功能的串行輸入鎖相環(huán)頻率合成芯片，該芯片內(nèi)部采用吞脈沖計(jì)數(shù)技術(shù)和鑒頻鑒相技術(shù)，其工作頻率可達(dá)520 MHz，因而速度快，性能穩(wěn)定，與單片機(jī)接口簡單，可用來實(shí)現(xiàn)對(duì)接收機(jī)本振信號(hào)進(jìn)行方便地設(shè)置。

　　2 窄帶VCO的設(shè)計(jì)

　　MAXIM公司的MAX2620是一種使用極其方便的振蕩器芯片，它的內(nèi)部組成原理示意圖如圖2所示。

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　　MAX2620提供有一個(gè)緩沖放大輸出級(jí)，能夠減少負(fù)載變化對(duì)振蕩器頻率的影響。該芯片的供電電壓范圍在+2.7～+5.25 V之間。由于芯片內(nèi)部設(shè)有偏置電路以穩(wěn)定其工作點(diǎn)。因而受電源波動(dòng)的影響較小。MAX2620內(nèi)部所并具有的電源關(guān)斷能力可由SHDN端控制。兩個(gè)互補(bǔ)輸出(即OUT和OUT)可構(gòu)成兩個(gè)單端輸出或一個(gè)差分輸出。由于芯片采用是集電極開路輸出，輸出端需要上拉到VCC，設(shè)計(jì)時(shí)可以用電感或電阻來上拉。但是對(duì)于差分輸出，兩端均應(yīng)采用相同的方式。對(duì)于50Ω的負(fù)載，在用電感上拉時(shí)，單端輸出電平可達(dá)-6 dBm (峰-峰電壓為320 mV);而用電阻上拉時(shí)，其輸出可達(dá)-10 dBm(200 mV)。本設(shè)計(jì)中的MAX2620的兩路輸出中，一路輸出到MB1504供鑒頻鑒相使用，為使穩(wěn)定性更好，此路用電阻上拉;而另一路輸出則經(jīng)過緩沖放大，作為時(shí)鐘輸出，為了使其輸出功率更大，該路用電感上拉。

　　事實(shí)上，MAX2620需要外接RF諧振回路以構(gòu)成VCO電路，其電路如圖3所示。

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　　此電路是一個(gè)典型的Colpitts電容反饋式振蕩器。諧振回路在圖3的左方，并經(jīng)過2、3腳接入，主要包括電容C3、C4、C5和C17、諧振電感L1和變?nèi)?a target="_blank">二極管Cvar，調(diào)諧電壓經(jīng)過電阻R2接入。

　　SHDN端用三針跳針分別接到Vcc和地，可用于控制電源的關(guān)斷，以在調(diào)試中方便的判斷諧振回路是否起振。

　　變?nèi)莨芸赏ㄟ^C17接入諧振回路。C17值取為33 pF。經(jīng)過C17后，諧振回路的等效Q將升高數(shù)倍。因此，即便采用廉價(jià)的Q和較低的變?nèi)莨埽部稍O(shè)計(jì)出Q較高的諧振回路。

　　諧振回路電感采用表面貼式諧振電感，該電感具有輻射干擾小、受分布電容影響小、調(diào)試方便等特點(diǎn)。電感值選為180 nH，當(dāng)諧振頻率范圍為80～88 MHz時(shí)，其中心頻率為84 MHz。由諧振公式

可得出諧振回路的總電容Co=19.94 pF。經(jīng)過調(diào)試，VCO電路的具體元件參數(shù)如下：

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　　R2為20 kΩ，諧振電感L1為180 nH，C3為39pF，C4選18 pF，C5選10 pF，輸出端OUT上拉電感L4選180 nH，輸出端上拉電阻R4可選50Ω。