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文檔簡介

1、通用數(shù)字式頻率合成集成電路TSA5526的原理及應(yīng)用     摘要:TSA5526是Philips公司推出的通用數(shù)字頻率合成器集成電路,該芯片具有外圍電路簡單、與單片機接口方便的特點,可解決頻率合成器設(shè)計當(dāng)中的難題。文中介紹了TSA5526的主要特點、引腳功能、工作原理及應(yīng)用電路。     關(guān)鍵詞:TSA5526;頻率合成器;分頻器;電荷泵概述頻率合成技術(shù)是近代無線電技術(shù)發(fā)展中的一門新技術(shù),也是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一,它通常利用一塊晶體或少量晶體組成標(biāo)準(zhǔn)頻率源,然后通過合成方法產(chǎn)生各種所需的頻率信號。這些頻率

2、信號與標(biāo)準(zhǔn)頻率源具有相同的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。使用該技術(shù)構(gòu)成的電路在通信設(shè)備中稱為頻率合成器。頻率合成器的種類很多,目前普遍采用的是數(shù)字式頻率合成器。數(shù)字式頻率合成器由晶體振蕩器、固定分頻器、鑒相器、濾波器和等組成,晶體振蕩器輸出的頻率信號經(jīng)固定分頻器后得到標(biāo)準(zhǔn)頻率,而輸出的頻率信號經(jīng)可變分頻器分頻后得到實際頻率信號,兩信號在鑒相器中經(jīng)相位比較產(chǎn)生的環(huán)路鎖定控制電壓將通過濾波器加到上,以對實際頻率信號進(jìn)行控制和校正,直到環(huán)路鎖定。當(dāng)所需信號頻率較高時,該電路的設(shè)計、制作和調(diào)試難度較大,通常只能依靠專業(yè)廠家來完成,不僅成本高,而且生產(chǎn)周期長。芯片是公司推出的通用數(shù)字頻率合成集成電路,它將晶體振蕩

3、器、固定分頻器、鑒相器、濾波器等電路集成在一塊芯片上,其主要特性參數(shù)如下:輸入射頻信號的頻率為:;輸入射頻信號的電平為:;輸出誤差調(diào)整電壓為:;具有鎖定檢測功能;內(nèi)置可編程的分頻器;通過程序控制可在、和中選擇基準(zhǔn)信號分頻比,在外接晶振時,則可獲得、和的頻率精度;可選擇總線和總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;采用單電源供電,電源電壓為。引腳功能有和兩種封裝,引腳排列如圖所示,各引腳功能見表所列。表1 TSA5526的引腳功能引  腳名  稱功  能應(yīng)  用  說  明1RF射頻信號RF輸入通常接本振輸出2VEE地3VCC1電源電壓1芯片電源,接+5V4

4、VCC2電源電壓2開關(guān)控制電源,通常接+12V5BS4電子開關(guān)BS4輸出PNP三極管OC輸出6BS3電子開關(guān)BS3輸出PNP三極管OC輸出7BS2電子開關(guān)BS2輸出PNP三極管OC輸出8VS1電子開關(guān)BS1輸出PNP三極管OC輸出9CP環(huán)路濾波器外接RC濾波網(wǎng)絡(luò)10Vtune誤差控制電壓輸出通過上拉電阻輸出直流電壓并加到VCO11SW總線選擇開關(guān)接地時選擇I2C總線方式;懸空時選擇3總線方式12LOCK/ADC鎖定標(biāo)志/ADC輸入3總線方式時為鎖定標(biāo)志,低電平有效;I2C總線方式時5為電平ADC輸入端13SCL串行時鐘下降沿時將SDA輸出的數(shù)據(jù)鎖存14SDA串行數(shù)據(jù)在3總線方式時, 18bit

5、、19bit和27bit三種數(shù)據(jù)可供選擇15CE片選信號高電平有效16XTAL基準(zhǔn)振蕩輸入通常外接4MHz晶體表2 寫狀態(tài)數(shù)據(jù)格式字 節(jié)MSB數(shù)據(jù)字節(jié)LSB地址字節(jié)(ADB)11000MA1MA0分頻字節(jié)(DI1)0N14N13N12N11N10N9N8分頻字節(jié)2(DB2)N7N6N5N4N3N2N1N0控制字節(jié)(CB)1CPT2T1T0RSARSB0S電子開字節(jié)(BB)空空空空BS4BS3BS2BS1內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示,它包括射頻信號處理單元、基準(zhǔn)信號處理單元、相位比較和輸出單元以及接口控制單元等四部分。射頻信號處理單元對輸入的射頻小信號進(jìn)行放大和分頻,再送到可編程分頻

6、器,分頻比的大小可根據(jù)輸入射頻信號的頻率來確定?;鶞?zhǔn)信號處理單元中的基準(zhǔn)振蕩器通過外接晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)信號,同時經(jīng)基準(zhǔn)分頻器產(chǎn)生基準(zhǔn)信號?;鶞?zhǔn)分頻器通過編程可選、和三種分頻比。經(jīng)過分頻處理后的兩路信號同時加到數(shù)字式相位比較器,然后經(jīng)電荷泵、放大器和驅(qū)動三極管后得到誤差控制電壓輸出。接口控制單元用于實現(xiàn)微處理器與該器件的通信,它一方面接收微處理器送來的數(shù)據(jù)并在內(nèi)部處理以形成各種控制指令;另一方面將本器件的狀態(tài)送往微處理器。通過端信號的不同連接,可選擇兩種串行通信方式:總線方式和總線方式。圖2    總線方式 寫狀態(tài)?在寫狀態(tài)時,對編程需要四個數(shù)據(jù)字節(jié),并應(yīng)在地址字節(jié)傳輸

7、后將數(shù)據(jù)字節(jié)送入芯片。當(dāng)?shù)刂纷止?jié)?第一字節(jié)?傳輸后,總線的收發(fā)會使地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)連在一起,并在一個傳輸過程中傳輸完畢。如果地址字節(jié)后的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)為分頻字節(jié)或控制字節(jié),則芯片將被部分編程。表是其數(shù)據(jù)字節(jié)定義。表中,和是可編程地址位,用于控制加到片選端的電壓。為可編程分頻比,其分頻比為:×××為控制電荷泵電流大小位,為,對應(yīng)電流為,為時,電流為?缺省值?。代表測試位。和為基準(zhǔn)分頻比選擇位。為可調(diào)放大器控制位,位為時,可調(diào)放大器接通?缺省值?,位為時斷開。是電子開關(guān)控制位,其對應(yīng)關(guān)系是:當(dāng)為時,電子開關(guān)接通;當(dāng)為時,電子開關(guān)斷開。表3 讀狀態(tài)數(shù)據(jù)格式字節(jié)MSB數(shù)

8、  據(jù)  字  節(jié)LSB地址字節(jié)11000MA1MA2R/W=1狀態(tài)字節(jié)PORFLACPS11A2A1A0表4 3總線方式數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)形式D0D3D4D17D18D19D20D21D22D23D24D25D2618位BS4BS1N13N019位BS4BS1N14N1N027位BS4BS1N14N1N0-CPT2T1T0RSARSB0S讀狀態(tài)?表所列為讀狀態(tài)數(shù)據(jù)格式。當(dāng)輔助地址位被識別之后,將自動產(chǎn)生一個響應(yīng)脈沖到線上。線上的數(shù)據(jù)在時鐘信號為高電平時有效,數(shù)據(jù)字節(jié)在線上產(chǎn)生應(yīng)答信號之后從器件中讀出;如果沒有主應(yīng)答信號產(chǎn)生,傳輸過程就會結(jié)束,此時芯片將釋放數(shù)據(jù)線從而使

9、微控制器產(chǎn)生終止條件。當(dāng)上電時,標(biāo)志被置為,當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志時,標(biāo)志被復(fù)位?讀周期的結(jié)束。為進(jìn)入鎖存標(biāo)志,用于表示何時循環(huán)建立起來。通過對置或清零可對循環(huán)進(jìn)行控制。為自動充電電流轉(zhuǎn)換標(biāo)志,當(dāng)自動充電電流轉(zhuǎn)換打開且循環(huán)鎖定時,此標(biāo)志為,此時充電電流被強制為低。在其它條件下,為邏輯。在總線狀態(tài)下,內(nèi)置的轉(zhuǎn)換器可將自動頻率微調(diào)模擬電平轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送往微控制器。 總線方式在總線方式下,該器件接收的數(shù)據(jù)有位、位和位三種,參見表。在該方式下,當(dāng)片選引腳由低電平變?yōu)楦唠娖綍r,引腳輸入時鐘脈沖的下降沿會將引腳上的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器,數(shù)據(jù)的前四位用來控制電子開關(guān)的通斷,在第五個時鐘脈沖的上升沿,這四位數(shù)據(jù)

10、被送入內(nèi)部電子開關(guān)控制寄存器。如果傳輸?shù)氖腔蛭粩?shù)據(jù)字,那么,在片選線上電平由高向低轉(zhuǎn)換時,頻率位將被送入頻率寄存器。在上電復(fù)位狀態(tài)下,電荷泵電流為,調(diào)諧電壓輸出被關(guān)斷;而在標(biāo)準(zhǔn)模式下,當(dāng)標(biāo)志為高電位時,測試位被置為,此時將禁止輸出。當(dāng)傳輸?shù)氖俏粩?shù)據(jù)字時,在時鐘脈沖的第個上升沿到來時,頻率位將被送入頻率寄存器,而控制位則在片選引腳從高電平向低電平轉(zhuǎn)換時送入控制寄存器。在這種方式下,基準(zhǔn)分頻比由和位確定,測試位(、)、電荷泵控制位、分頻比選擇位(、)以及位只能進(jìn)行位的傳輸。圖所示是總線方式時的時序圖。表5 AT89C51內(nèi)RAM中20H、21H、22H、23H的定義字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D020HBS4BS3BS2BS1N14N13N12N1121HN10N9N8N7N6N5N4N322HN2N1N01100023H010000004應(yīng)用在某航空電子設(shè)備檢查儀中的應(yīng)用電路如圖所示,圖中,單片機與采用總線方式進(jìn)行通信。與引腳相連,用于串行時鐘輸出。與引腳相連,用于串行數(shù)據(jù)輸出。與引腳相連以進(jìn)行片選控制;電子開關(guān)用于通過產(chǎn)生種不同頻率信號,的輸出將通過送到的引腳,并經(jīng)分頻后與基準(zhǔn)信號進(jìn)行相位比較。輸出的誤差控

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