摘 要 以MB1501为例介绍了“吞除脉冲”式串行数字锁相频率合成器的设计，它具有结构简单、稳定性好、精度高、易实现等特点。

    关键词 串行数字锁相频率合成器    “吞除脉冲”     压控振荡器（VCO）

    当前，随着数字技术的发展及微控制器在电子系统中的广泛应用，在很大程度上改变了传统的设计方法，数字频率合成技术的应用也日益广泛。数字频率合成器应用于通信设备中，使得工作频率的选择变得极为简单而又精确。并且随着大规模集成电路（LSI）技术和单片微机技术的迅速发展，大大促进了数字锁相频率合成器集成化程度的提高和体积的缩小，满足了通信设备的高集成度和超小型化的要求。特别适合某些特殊场合的应用。

    串行数字锁相频率合成器体现了程序设计和锁相技术的结合。这种合成器从总体结构上看由单片机、锁相环及可编程分频器三部分组成。其中可编程分频器是单片微机与锁相环之间的接口，同时也是组成数字锁相频率合成器的关键部件。

    锁相环路是一个负反馈相位控制系统。它由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)和可编程分频器(÷N_P)四个基本部件组成。为保证足够小的信道间隔和高的工作频率，可采用吞除脉冲式数字锁相频率合成器。所谓“吞除脉冲”技术，就是采用高速双模前置分频器，根据模式控制电平的高低，来控制它的分频比为P 或P +1。此类数字锁相频率合成器的结构框图如图1所示。图中，f_r为参考频率；f_P为反馈频率；N_P，A为分频比系数；f_O为压控振荡器输出频率。工作时，前置分频器先按除“P + 1”方式工作，当吞除计数器计到预置状态后，转换成除“P”方式工作。当前置分频器完成一个工作周期后，又回到除“P + 1”工作状态。

    具有吞除脉冲计数功能的可编程分频器的总分频比M有如下关系

式中P为前置分频器的分频比。

2 MB1501芯片介绍

    MB1501系列为日本富士通公司的大规模集成数字锁相频率合成器，采用CMOS工艺，是一种具有吞除脉冲功能的单片串行集成锁相频率合成器芯片。

    MB1501系列包含内部振荡器，参考分频器，可编程分频器，相位检波器，锁存器，移位寄存器，双模高速前置分频器和一位控制锁存器等主要部件。只需外接环路滤波器、压控振荡器、单片微处理器等电路即可构成一个完整的全程扫描频率合成器。该系列芯片具有如下特点：

    最高工作频率1.1GHz，输入信号的幅度不低于200mVp-p；工作电压为2.7～5.5V，典型值为3V；功耗低，在工作电压为3V，工作频率为1.1GHz时仅为45mW。    

    MB1501系列的封装有两种：直插式和贴片式。其引脚布置如图2所示。图中：
    1、2脚为振荡器OSC的接入端，可接振荡晶体或作外标频信号输入端；
    3脚V_P为充电泵电源工作电压输入端；
    4脚V_CC为芯片工作电源端；
    5脚D_O为充电泵源输出端；
    6脚GND为芯片地；

图2 MB1501引脚顶视图

7脚LD为锁定指示端，环路锁定时，LD为高电平，失锁时，LD为低电平；
    8脚f_in为前置分频器输入端，也就是环路VCO信号输出端；
    9脚Clock为时钟输入端，上升沿有效；
    10脚Data为串行编程数据入口；
    11脚LE为负载使能输入端（内置上拉电阻），当LE为高时,数据被传送到相应的锁存器；
    12脚FC为充电泵源输出特性设置端，当FC为低时，可倒置充电泵源及相位比较器的特性；
    13脚f_r为参考分频器输出信号端；
    14脚f_P为可编程分频器输出信号端，环路锁定时，f_P应与f_r相等；
    15脚φ_P和16脚φ_r为鉴相器输出。

2.2 MB1501分频器的编程置数

    由于MB1501芯片内设置了移位寄存器，所以该芯片必须采用串行输入方式实现分频比的设置。为了使载波频率的变化有较高的精度，若取参考频率f_r为5kHz，在外接6MHz晶体使内部振荡器频率为6MHz的情况下，参考分频比为6MH_Z / 5kH_Z =1200。因此仅需改变MB1501可编程分频器的吞除脉冲计数器分频比A和可编程计数器分频比N_P即可控制锁相环的输出频率f_O，使其工作在相应的工作频率上。当环路锁定时，振荡器的输出频率为

    f_O =（P´ N_P + A）× f_r    （2）

可编程参考分频器的数据格式及设置程序如下：

    1.可编程参考分频器数据格式
    可编程参考分频器的数据格式如图3、图4所示。

图3 参考分频器的数据格式

　图4 可编程分频器的数据格式

    其中“C”为目标锁存器控制位，“SW”为前置分频器计数模式控制位。对参考分频器“C”、“SW”均置“1”,对可编程分频器“C”置“0”。S_1~ S₁₄为参考分频器的分频比。可编程分频器中S₁～S₇为吞除脉冲分频比,即A=0～127;S₈ ～S₁₈为可编程分频比,即N_P=16～2047，数据从最高位送入。当使能LE（11脚）有效时，在时钟信号Clock（9脚）的控制下,数据根据“C”位的值以串行方式通过引脚10被送入MB1501中相应的移位寄存器。据此,可编程分频器的分频比设置程序如下。

    2.可编程分频器分频比设置程序