基于 LMX1501 鎖相環的頻率合成設計

0 引言

頻率合成是從一個單一頻率的低頻晶體振蕩器中產生多種特別精確頻率的一種方法。在大多數接收機和發射機中，頻率合成是產生各種頻率的主要技術。到目前為止，最普遍的頻率合成方法仍是鎖相環法。

1 LMX 1501A 簡介

LMX 1501A 是由美國國家半導體公司生產的一種高性能的頻率合成器，通過 LMX1501 可以用整數分頻來實現頻率高達 1.1 GHz 的頻率合成。

1.1 LMX 1501A 的結構

LMX 1501A 芯片內含雙模預分頻器，可以在 1.1 GHz 輸入頻率下實現 64 ／ 65 或者 128 ／ 129 除數分頻。 LMX 1501A 使用數字鎖相環技術，具有非常穩定的線性相位檢測特性，以及很低的本振信號噪聲。

串行數據可經過 LMX 1501A 的三線制 MICROWIRE 接口 ( 數據，使能，時鐘 ) 傳輸到器件內部。供電電壓范圍為 2 ～ 5.5 V 。 LMX 1501A 的功耗比較低， 3 V 電壓下的電流消耗典型值僅為 6mA 。 LMX 1501A 為 16 腳 JEDEC 型塑料封裝。圖 1 所示是 LMX1501 的結構簡圖。

1.2 LMX 1501A 的特性及應用

LMX 1501A 鎖定頻率范圍最高為 1.1 GHz ，工作電壓為 2.7 ～ 5.5 V ， 3 V 時的電流消耗典型值為 6mA ，具有 64 ／ 65 或者 128 ／ 129 雙模分頻模式，內含平衡和低漏電流的電荷泵，并采用小外形塑料表貼封裝?？蓮V泛用于移動電話系統 (AMPS ， NMT ， ETACS) ，移動無線通信系統 (PCS ／ PCN ， Cordless) ，高級無繩電話系統 (CT-1 ／ CT-la ， CT-2 ， ISM902-928) 以及其他無線通信系統。

1.3 LMX 1501A 的控制數據輸入要求

LMX 1501A 芯片中的存儲單元包括 19 位數據寄存器、 14 位 R 計數器、 1 位 S 鎖存器以及 18 位 N 計數器 ( 有一些中間的鎖存器沒有顯示 ) 。數據通常在信號上升沿由數據輸入端鎖存至相應寄存器，高位在前。

如果控制位 ( 輸入的最后一位數據 ) 為高，則數據被傳送到 R 計數器 ( 可編程參考除數器 ) 以及 S 鎖存器。并由此決定預分頻系數為 64 ／ 65 或者 128 ／ 129 。如果控制位 ( 最低位 ) 為低，則數據信號被傳入 N 計數器 ( 可編程除數器 ) 。

如果控制位 ( 最后一位移人數據寄存器的數據位 ) 為高，則數據由 19 位的移位寄存器移入一個 14 位的鎖存器 ( 用于設置 14 位的 R 計數器 ) 和一位 S 鎖存器 (S15 ，用于設置預分頻系數為 64 ／ 65 或者 128 ／ 129) 。

N 計數器包含 7 位吞咽計數器 (A 計數器 ) 和 11 位可編程計數器 (B 計數器 1 。如果輸入的最后一位控制數據位為低，則數據由 19 位移位寄存器移入一個 7 位的鎖存器，以用于設置 7 位吞咽計數器 (A 計數器 ) 和一位 11 位的鎖存器以用于設置 11 位可編程計數器 (B 計數器 ) 。

1.4 鎖相環吞咽脈沖方程

在不改變頻率分辨力的同時，提高合成器輸出頻率的有效方法之一是采用變模分頻器，也稱吞脈沖技術。用雙模分頻器的輸出同時可驅動兩個可編程分頻器，并可將它們分別預置在 N1 和 N2 ，同時進行減法計數。這樣，經過推導計算，便可以得到此類頻率合成器的脈沖吞咽方程：

其中， fVCO 為 VCO 的輸出頻率， B 為 11 位二進制可編程計數器的值 ( 范圍為 3 ～ 2047) ， A 為 7 位二進制可編程計數器的值 (0 Q A Q 127 ， A Q B) ， fOSC 為外部參考振蕩器的輸出頻率， R 為 14 位二進制可編程計數器的值 ( 范圍為 3 ～ 16383) ， P 為雙模寄存器的預設值 ( 通常為 64 或者 128) 。

2 Codeloader2 軟件

對 LMX 1501A 進行頻率控制的程序設計時，要得到所需頻率的 PLL 控制數據 ( 即 R 寄存器和 N 寄存器的值 ) ，雖然可以采用手工計算的方法。但是，采用 NS 公司為該其鎖相環設計的專用軟件 Codeloader 2 則更為方便。下面來說明使用該軟件計算 LMX 1501A 所需參數的具體方法。

為了說明的方便，現假設使用一個 12.8 MHz 的高穩定晶振來通過 PLL 控制 VCO ，以最終實現頻帶寬度為 890 ～ 915 MHz ，步進間隔為 200 kHz 的一個 GSM 用載頻信號的頻率合成器。

首先，應打開軟件并選擇 Select Device-->Pll Singal Integer-->LMX1501 。此時，該軟件會彈出如圖 2 所示的內部結構原理框圖。