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PLL-VCO設計及制作第一部分

2010年05月15日 09:58 不詳 作者：佚名 用戶評論（0）
關鍵字：VCO(10)PLL(30)

PLL-VCO設計及制作第一部分

在此說明以晶體振蕩器做為基準振蕩器，將其與VCO以及PLL電路組合成為信號產生器的情形也被稱為頻率合成器。
此一PLL-VCO電路的設計規格如表l所示。振蕩頻率范圍為40M~60MHz內的10MHz寬。每一頻率階段(step)寬幅為10kHz。頻率的穩定度目標與晶體振蕩電路相近。

PLL-VCO的工作原理

表一 PLL-VCO的設計規格
振蕩頻率 40M-60MHz中的10MHz寬幅
頻率階段 10KHz
頻率穩度 與晶體振蕩器同等
振蕩波形 正弦波
溫度范圍 0-50℃
電源電壓 12~15V

表1 PLL-VCO的設計規格
(根據使用目的與規格，決定振蕩頻率與頻率階段。頻率穩定度高，且可以做階段性變化。) 
圖3所示的為此將制作的PLL．VC0電路之方塊圖。假設VCO電路的振蕩頻率為53.29MHz工作原理。

(利用數字設定用SW設定BCD符碼，做為頻率的設定，將晶體與VCO電路做相位比較，以達頻率穩定化。)

  首先，利用晶體產生10.24MHz之振蕩。再將此做1024分頻，產生fr=10kHz的基準頻率。
另外，將VCO電路之振蕩頻率fosc利用N分頻電路做N分頻成為fo也即是，fo=fosc/N。此一分頻比N之值，是利用數字設定用SW，根據BCD (Binary Coded Decimal)符碼而設定的。
接著，利用相位比較器做fr與fo的相位比較。如果frfo時，會發生誤差檢出脈波。此再利用回路濾波器積分成為直流電壓，以此控制VC0振蕩電路，使fr=fo。
在PLL電路成為鎖栓(Locked)狀態時，VCO的振蕩頻率應該為fosc=N x f0=N x fr
假設數字設定用SW所設定的數字為"5329"時，fosc成為fosc=5329×10kHz=53.29MHz
所以，只要改變數字設定用SW所設定的數字，便可以改變VCO的振蕩頻率。
因此，PLL電路為利用頻率反饋控制，使fr=fo。而且由于fr是經由晶體振蕩器的頻率分頻而得，所以，PLL的VCO所產生的頻率穩定度可以與晶體振蕩器比美。

PLL用IC  MC145163P
此所使用的PLL用IC為Motorola公司的MC145l63P。圖4所示的為MC145163P的特性與端子連接圖，以及方塊圖。
此一IC內含有可以產生基準頻率fr的晶體振蕩電路與分頻電路，將VCO信號分頻用的N分頻電路，以及將fo與fr做為此較用的相位比較電路。
此一IC為28個端子DIP型。電源電壓為3~9V工作原理，工作原理頻率為30MHz(電源電壓5V)，如果電源電壓成為9V時，工作原理頻率可以延伸至80MHz。因此，對于設計規格為40M~60MHz而言，不會有問題。

圖4MCl45163P的構成
(此為LSI，集積度高，與VCO電路配合，可以組成PLL電路。)

MC145163P主要功能端口說明
fin
(1端子) 		頻率合成器的可程式化計數器（/N計數器部）的輸入，通常fin 可以從VCO取得，以AC結合連接至1端子。在標準CMOS邏輯位準之大振幅信號的場合，也可以采用直接結合。
Vss
(2端子)

電路的接地

VDD（3端子）

正電源（+5V）

PDout
(4端子)		 當伯VCO控制信號，由相位比較器的3狀態輸出。
頻率fv > fr或fv相位前進；負脈波。
頻率fv < fr或fv相位延遲；正脈波。
頻率fv = fr與同相位；高阻抗狀態。
RA0
RA1（5端子，6端子）		 由這些輸入，設定基準分頻器（R計數器）的分頻比。分頻比可以從512，2048，4096中選擇。
ΦR，ΦV
（7端子，8端子）		 利用這些相位比較器的輸出，與通低頻慮波器組合，成為VCO的控制信號。
頻率fv > fr或相位前進的場合：
ΦV 會發生L脈波，ΦR 會維持H。
頻率fv < fr或fv相位延遲的場合：
ΦV 維持H， ΦR產生L脈波。
頻率fv = fr與同相位的場合：
ΦV ，ΦR 都成為H。
BCD輸入
（9端子-24端子）		 這 些的輸入數據，在N計數器的內容成為時，會被預先設定（preset）.
9端子為100位數的LSB，24端子為100位數的MSB，由于內藏有pull down電阻。因此，在輸入開放時成為L位準。利用BCD數字設定SW的使用，可以任意設定3至9999為止的任意分頻比。
REFout
(25端子)		 內部基準振蕩器外部基準信號的緩沖輸出。
OSCout,

OSCin(26端子，27端子)

 在這些端子上連接水晶振蕩子時，便成為基準振蕩器。使用適當值的電容連接OSCin與接地間，以及OSCout與接地間。OSCin也成為外部一產生基準信號的輸入。這些信號通常在OSCin做AC結合。但是，在大振幅信號（CMOS邏輯位準）的組合，則使用DC結合。在外部基準Mode中，不必要與OSCout連接。
LD（28端子） PLL鎖栓檢知信號，在PLL回路成為鎖栓時（fr與fv的頻率與相位為相同時）成為H，不成為鎖栓時則產生脈波。
圖5所示的為實際的PLL-VCO電路的構成。
圖5 PLL-VCO電路圖
(VCO電路與緩沖放大器的工作原理電壓為12V。為了提高MC145163P的工作原理頻率，將電源電壓提高至9V。)

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