CX7925頻率合成鎖相集成電路的原理及應(yīng)用
關(guān)鍵詞：CX7925；鎖相環(huán)；壓控振蕩器
１ CX7925的主要特點(diǎn)
頻率合成技術(shù)是通訊系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它通常利用晶體組成標(biāo)準(zhǔn)頻率源，然后通過(guò)合成的方法產(chǎn)生所需的頻率信號(hào)，這些信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率源之間具有相同的頻率穩(wěn)定度和精確度。使用該技術(shù)構(gòu)成的電路稱為頻率合成器。目前廣泛采用的是數(shù)字式頻率合成器，它們一般由晶體振蕩器、分頻器、鑒相器、濾波器和壓控振蕩器（ＶＣＯ）等組成，它將晶體振蕩器輸出的頻率信號(hào)分頻得到標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，然后與壓控振蕩器（ＶＣＯ）輸出的頻率信號(hào)在鑒相器中進(jìn)行相位比較并產(chǎn)生環(huán)路鎖定控制電壓，該電壓通過(guò)濾波器加到壓控振蕩器（ＶＣＯ）上，便可對(duì)壓控振蕩器輸出的信號(hào)進(jìn)行控制和校正，直到環(huán)路被鎖定為止。
ＣＸ７９２５是Ｓｏｎｙ公司推出的一種具有串行數(shù)據(jù)輸入、鎖相環(huán)頻率合成和可編程分頻的集成電路。該電路的主要特點(diǎn)如下：
●可用于調(diào)幅波、調(diào)頻波、電視廣播及其它無(wú)線電波的數(shù)字調(diào)諧。
●采用高速Ｎ溝道絕緣柵ＭＯＳ技術(shù)。
●最高工作頻率：ＣＸ７９２５Ｂ為３００ＭＨｚ；ＣＸ７９２５Ｂ－１為３５０ＭＨｚ。
●可編程分頻系數(shù)為２９２～１５１。參考頻率分頻系數(shù)為２～１６３９３；可將４ＭＨｚ晶振頻率分頻為２ＭＨｚ～２４４Ｈｚ。
●高頻鑒相器具有高的信噪比（Ｓ／Ｎ）。
●端口ＡＭＩ、ＦＭＩ、ＴＶＩ可以在各自頻帶范圍內(nèi)輸入高頻信號(hào)。
●功耗僅１２０ｍＷ。
●供電電壓ＶＤＤ ：－０．５Ｖ～＋７Ｖ；
●引腳輸入電壓Ｖｉｎ：－１Ｖ～＋７Ｖ。
２ 引腳功能
ＣＸ７９２５采用１４腳ＳＯ１４表貼封裝，其引腳排列如圖１所示，各引腳功能如表１所列。
表1 CX7925引腳功能描述
| 引腳號(hào) | 功能符號(hào) |
功 能 描 述 |
| 1 | Vbb | 基準(zhǔn)端口。接0.01μF電容到地 |
| 2 | CLK | 時(shí)鐘輸入端。20位串行數(shù)據(jù)在該信號(hào)上升沿時(shí)會(huì)發(fā)生移位 |
| 3 | LAT | 鎖存信號(hào)輸入端。該信號(hào)高電平時(shí)鎖存移位寄存器的輸入數(shù)據(jù) |
| 4 | PIN | 數(shù)據(jù)輸入端 |
| 5 | X1 | 連接晶體振蕩器，最高頻率13MHz，標(biāo)頻4MHz |
| 6 | X0 | 參考頻率輸出端 |
| 7 | PD | 鑒相器輸出端（三態(tài)） |
| 8 | A0 | 可編程計(jì)數(shù)器輸出 |
| 9 | B0 | 可編程分頻器輸出 |
| 10 | TV1 | 高頻電視信號(hào)輸入端（300MHz～350MHz） |
| 11 | FM1 | 高頻調(diào)頻信號(hào)輸入端（150MHz～180MHz） |
| 12 | VDD | 電源電壓，+5V |
| 13 | AM1 | 高頻信號(hào)輸入端 |
| 14 | Vss | 地 |
３ ＣＸ７９２５的結(jié)構(gòu)原理
ＣＸ７９２５內(nèi)部主要由參考分頻器、移位寄存器、鎖存器、Ｎ分頻計(jì)數(shù)器以及鑒相器等部分組成。其內(nèi)部簡(jiǎn)化框圖如圖２所示。
ＣＸ７９２５作為一個(gè)可編程的頻率合成器，它可在應(yīng)用中提供兩個(gè)可編程對(duì)外輸出控制口、三個(gè)控制輸入端ＣＬＫ、 ＬＡＴ、ＩＮ以及兩個(gè)控制輸出口Ａ０和Ｂ０。ＣＸ７９２５共有數(shù)據(jù)輸入方式（ＤＡＴＡ ＩＮＰＵＴ）、上／下方式（ＵＰ／ＤＯＷＮ）和數(shù)據(jù)檢測(cè)方式（ＤＡＴＡ ＤＥ-ＴＥＣＴ）三種控制功能。
（１）數(shù)據(jù)輸入方式（ＤＡＴＡ ＩＮＰＵＴ）
在該方式中，可對(duì)ＣＸ７９２５的所有初始電平（共４０位數(shù)據(jù)，２０位為一組）進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)可由移位寄存器在ＣＬＫ時(shí)鐘信號(hào)的上升沿接收數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)輸入時(shí)序如圖３所示。
（２）上／下方式（ＵＰ／ＤＯＷＮ）
此方式主要用于ＡＦＴ（自動(dòng)頻率調(diào)諧、頻率掃描電臺(tái)搜索）功能。當(dāng)ＣＬＫ端為低電平時(shí)，ＬＡＴ端由低電平變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)ＵＰ／ＤＯＷＮ計(jì)數(shù)器中的內(nèi)容會(huì)隨ＤＩＮ電平的高低而加１或減１，從而改變鎖定頻率。重復(fù)這個(gè)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)頻率掃描的控制。圖４是其時(shí)序圖。
（３）數(shù)據(jù)檢測(cè)方式（ＤＡＴＡ ＤＥＴＥＣＴ）
該方式常用于檢測(cè)控制器的數(shù)據(jù)是否正確。ＣＸ７９２５在使用中，參考分頻器以及其它控制端數(shù)據(jù)組均以２０位數(shù)據(jù)為預(yù)置數(shù)據(jù)。格式為：
Ｒ０ Ｒ１ Ｒ２ Ｒ３ Ｒ４ Ｒ５ Ｒ６ Ｒ７ Ｒ７ Ｒ９ Ｒ１０ Ｒ１１ Ｒ１２ Ｒ１３ Ｐ１１ Ｐ１２ Ａ Ｂ Ｔ１ Ｃ
其中Ｒ０～Ｒ１３為基準(zhǔn)分頻數(shù)分頻值的二進(jìn)制數(shù)值，具有最低有效值。實(shí)際分頻數(shù)為輸入數(shù)據(jù)加２；Ｐ１１和Ｐ１２是高頻信號(hào)輸入選擇端。具體選擇方式如表２所列。
表2 高頻信號(hào)輸入端口選擇
| 高頻信號(hào) | AMI | FMI | TVI |
| P11 | - | 0 | 1 |
| P12 | 0 | 1 | 1 |
| A | 1 | 0 | 0 |
| B | 0 | 1 | 0 |
| 分頻比 | 1/2 | 1/4 | 1/8 |
Ａ、Ｂ、Ｔ１為低電平時(shí)，Ａ０和Ｂ０端相應(yīng)輸出Ａ、 Ｂ的值，以用來(lái)控制外接分頻器的分頻比。具體如表３所列。
當(dāng)Ｔ１為高電平時(shí)，Ａ０引腳可輸出鑒相器的當(dāng)前狀態(tài)(鎖定／失鎖)。Ａ０端為０時(shí)，表示鎖定；為１時(shí)表示失鎖。此外，這個(gè)信號(hào)還可用作靜噪信號(hào)。Ｂ０端作為數(shù)據(jù)檢測(cè)方式的數(shù)據(jù)輸出口，它可在ＣＬＫ端輸入時(shí)鐘信號(hào)的作用下，使移位寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)連續(xù)輸出。
對(duì)輸入的高頻信號(hào)可進(jìn)行如下分頻操作，數(shù)據(jù)組同樣也是２０位。格式為：
Ｎ０ Ｎ１ Ｎ２ Ｎ３ Ｎ４ Ｎ５ Ｎ６ Ｎ７ Ｎ８ Ｎ９ Ｎ１０ Ｎ１１ Ｎ１２ Ｎ１３ Ｎ１４ Ｎ１５ Ｎ１６ Ｎ１７ Ｔ２ Ｃ
其中Ｎ０～Ｎ１７用于確定可編程分頻器的分頻數(shù)Ｎ，實(shí)際分頻數(shù)如表４所列。
表4 高頻信號(hào)的分頻操作
| 控制數(shù)據(jù) | 輸入端口選擇 | 分頻輸入數(shù)據(jù) | 實(shí)際分頻數(shù)N0 | N0的范圍 | |
| P11 | P11 | ||||
| - | 0 | AMI | 0～65535 | N+2 | 265537 |
| 0 | 1 | FMI | 4～262143 | N+8 | 12262151 |
| 1 | 1 | TVI | 4～262143 | 2(N+8) | 24524318 |
| 輸入數(shù)據(jù) | A0口 | B0口 | |||
| T2 | T1 | A | B | ||
| 0 | 1 | - | - | 失鎖信號(hào) | 移位寄存器輸出 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 參考分頻數(shù)輸出 | 主分頻數(shù)輸出 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | 主分頻輸出 | - |
Ｔ２主要被用于測(cè)試模式的選擇，使用時(shí)通常將其設(shè)置為低電平。
檢測(cè)分頻器數(shù)據(jù)（參考分頻器）和可編程高頻分頻器時(shí)，可將Ｔ２、Ｔ１置于高電平，并將Ａ、Ｂ置于低電平，這時(shí)Ａ０和Ｂ０將分別輸出參考分頻器和高頻分頻器的分頻數(shù)。表５給出了Ａ０和Ｂ０端的具體狀態(tài)。
３ 典型應(yīng)用電路
圖５所示是用ＣＸ７９２５組成的單片頻率合成鎖相環(huán)電路。
圖中，引腳５、６外接的晶體振蕩器用來(lái)產(chǎn)生３．９７５ＭＨｚ的基準(zhǔn)信號(hào)，ＣＸ７９２５根據(jù)ＭＣＵ傳送過(guò)來(lái)的分頻信號(hào)對(duì)引腳１１的輸入信號(hào)進(jìn)行分頻，接著再與３．９７５ＭＨｚ基準(zhǔn)信號(hào)分頻得到的２５ｋＨｚ參考信號(hào)進(jìn)行鑒相操作。若兩個(gè)信號(hào)同相，則ＣＸ７９２５的引腳７為高阻狀態(tài)；若引腳１１輸入信號(hào)的相位超前２５ｋＨｚ參考基準(zhǔn)信號(hào)，則引腳７輸出高電平，反之輸出低電平。之后，鑒相輸出信號(hào)再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和濾波得到一直流電壓，即壓控振蕩器的控制電壓（ＶＣＯ）。該電壓可以控制調(diào)節(jié)壓控振蕩器的工作頻率，使之與基準(zhǔn)參考信號(hào)同相，從而保持與基準(zhǔn)信號(hào)同樣的精度。改變輸入信號(hào)的分頻比，壓控振蕩器工作頻率也將隨之改變，這樣，該電路將成為一個(gè)受ＭＣＵ輸出分頻比控制的壓控振蕩器（ＶＣＯ）。
引腳８為鎖定檢測(cè)信號(hào)，當(dāng)參考信號(hào)與引腳１１輸入的主信號(hào)同相時(shí)，８腳輸出低電平，反之輸出高電平。因此，通過(guò)檢測(cè)該引腳的狀態(tài)可以判斷鎖相環(huán)是否鎖定。
引腳２、３、４分別是串行時(shí)鐘信號(hào)、鎖存信號(hào)及串行數(shù)據(jù)輸入端口，ＣＸ７９２５利用這三個(gè)引腳接收微控制器送來(lái)的分頻指令信號(hào)進(jìn)行工作。
４ 結(jié)束語(yǔ)
文中介紹的基于ＣＸ７９２５的單片頻率合成鎖相環(huán)電路已成功應(yīng)用于某航空電臺(tái)的二次檢測(cè)設(shè)備中。經(jīng)一段時(shí)間使用表明，該電路工作穩(wěn)定、可靠，能滿足設(shè)計(jì)要求。
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