通用數字式頻率合成集成電路TSA5526的原理及應用

關(guān)鍵詞：TSA5526；頻率合成器；分頻器；電荷泵

１　概述

頻率合成技術(shù)是近代無(wú)線(xiàn)電技術(shù)發(fā)展中的一門(mén)新技術(shù)，也是現代通信系統中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它通常利用一塊晶體或少量晶體組成標準頻率源，然后通過(guò)合成方法產(chǎn)生各種所需的頻率信號。這些頻率信號與標準頻率源具有相同的頻率穩定度和準確度。使用該技術(shù)構成的電路在通信設備中稱(chēng)為頻率合成器。頻率合成器的種類(lèi)很多，目前普遍采用的是數字式頻率合成器。數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ＶＣＯ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準頻率，而ＶＣＯ輸出的頻率信號經(jīng)可變分頻器分頻后得到實(shí)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(guò)濾波器加到ＶＣＯ上，以對實(shí)際頻率信號進(jìn)行控制和校正，直到環(huán)路鎖定。當所需信號頻率較高時(shí)，該電路的設計、制作和調試難度較大，通常只能依靠專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家來(lái)完成，不僅成本高，而且生產(chǎn)周期長(cháng)。ＴＳＡ５５２６芯片是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的通用數字頻率合成集成電路，它將晶體振蕩器、固定分頻器、鑒相器、濾波器等電路集成在一塊芯片上，其主要特性參數如下：

●輸入射頻信號的頻率為：６４～１３００ＭＨｚ；

●輸入射頻信號的電平為：－２８～３ｄＢｍ；

●輸出誤差調整電壓為：４．５～３３Ｖ；

●具有鎖定檢測功能；

●內置可編程的１５ｂｉｔ分頻器；

●通過(guò)程序控制可在５１２、６４０和１０２４中選擇基準信號分頻比，在外接４ＭＨｚ晶振時(shí)，則可獲得３．９０６２５ｋＨｚ、６．２５ｋＨｚ和７．８１２５ｋＨｚ的頻率精度；

●可選擇Ｉ２Ｃ總線(xiàn)和３總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸；

●采用單電源供電，電源電壓為４．５～５．５Ｖ。

２　引腳功能

ＴＳＡ５５２６有ＳＳＯＰ１６和ＳＯ１６兩種封裝，引腳排列如圖１所示，各引腳功能見(jiàn)表１所列。

表1 TSA5526的引腳功能

表2 寫(xiě)狀態(tài)數據格式

３　內部結構和工作原理

ＴＳＡ５５２６的內部結構框圖如圖２所示，它包括射頻信號處理單元、基準信號處理單元、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８分頻，再送到１５ｂｉｔ可編程分頻器，分頻比的大小可根據輸入射頻信號的頻率來(lái)確定?；鶞市盘柼幚韱卧械幕鶞收袷幤魍ㄟ^(guò)外接晶體產(chǎn)生基準信號，同時(shí)經(jīng)基準分頻器產(chǎn)生基準信號?；鶞史诸l器通過(guò)編程可選５１２、６４０和１０２４三種分頻比。經(jīng)過(guò)分頻處理后的兩路信號同時(shí)加到數字式相位比較器，然后經(jīng)電荷泵、放大器和驅動(dòng)三極管后得到誤差控制電壓輸出。接口控制單元用于實(shí)現微處理器與該器件的通信，它一方面接收微處理器送來(lái)的數據并在內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(guò)ＳＷ端信號的不同連接，可選擇兩種串行通信方式：Ｉ２Ｃ總線(xiàn)方式和３總線(xiàn)方式。

圖2

３．１ Ｉ２Ｃ總線(xiàn)方式

ａ． 寫(xiě)狀態(tài)?Ｒ／Ｗ＝０?

在寫(xiě)狀態(tài)時(shí)，對ＴＳＡ５５２６編程需要四個(gè)數據字節，并應在地址字節傳輸后將數據字節送入芯片。當地址字節?第一字節?傳輸后，Ｉ２Ｃ總線(xiàn)的收發(fā)會(huì )使地址字節和數據字節連在一起，并在一個(gè)傳輸過(guò)程中傳輸完畢。如果地址字節后的第一個(gè)數據字節為分頻字節或控制字節，則芯片將被部分編程。表２是其數據字節定義。表中，ＭＡ１和ＭＡ０是可編程地址位，用于控制加到片選端的電壓。Ｎ１４～Ｎ０為可編程分頻比，其分頻比為：

Ｎ＝Ｎ１４２１４＋Ｎ１３２１３＋…＋Ｎ１２＋Ｎ０

ＣＰ為控制電荷泵電流大小位，ＣＰ為０，對應電流為６０μＡ，ＣＰ為１時(shí)，電流為２８０μＡ?缺省值?。Ｔ２～Ｔ０代表測試位。ＲＳＡ和ＲＳＢ為基準分頻比選擇位。０Ｓ為可調放大器控制位，０Ｓ位為０時(shí)，可調放大器接通?缺省值?，０Ｓ位為１時(shí)斷開(kāi)。ＢＳ４～ＢＳ１是ＰＮＰ電子開(kāi)關(guān)控制位，其對應關(guān)系是：當ＢＳｎ為０時(shí)，電子開(kāi)關(guān)ｎ接通；當ＢＳｎ為１時(shí)，電子開(kāi)關(guān)ｎ斷開(kāi)。

表3 讀狀態(tài)數據格式

表4 3總線(xiàn)方式數據格式

ｂ．讀狀態(tài)?Ｒ／Ｗ＝１?

表３所列為讀狀態(tài)數據格式。當輔助地址位被識別之后，將自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)響應脈沖到ＳＤＡ線(xiàn)上。ＳＤＡ線(xiàn)上的數據在ＳＣＬ時(shí)鐘信號為高電平時(shí)有效，數據字節在ＳＤＡ線(xiàn)上產(chǎn)生應答信號之后從器件中讀出；如果沒(méi)有主應答信號產(chǎn)生，傳輸過(guò)程就會(huì )結束，此時(shí)芯片將釋放數據線(xiàn)從而使微控制器產(chǎn)生終止條件。當上電時(shí)，ＰＯＲ標志被置為１，當檢測到數據結束標志時(shí)，ＰＯＲ標志被復位?讀周期的結束。ＦＬ為進(jìn)入鎖存標志，用于表示何時(shí)循環(huán)建立起來(lái)。通過(guò)對ＦＬ置１或清零可對循環(huán)進(jìn)行控制。ＡＣＰＳ為自動(dòng)充電電流轉換標志，當自動(dòng)充電電流轉換打開(kāi)且循環(huán)鎖定時(shí)，此標志為０，此時(shí)充電電流被強制為低。在其它條件下，ＡＣＰＳ為邏輯１。在Ｉ２Ｃ總線(xiàn)狀態(tài)下，內置的Ａ／Ｄ轉換器可將自動(dòng)頻率微調模擬電平轉換成數字量并送往微控制器。

３．２ ３總線(xiàn)方式

在３總線(xiàn)方式下，該器件接收的數據有１８位、１９位和２７位三種，參見(jiàn)表４。在該方式下，當片選引腳ＣＥ由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，ＳＣＬ引腳輸入時(shí)鐘脈沖的下降沿會(huì )將ＳＤＡ引腳上的數據送入數據寄存器，數據的前四位用來(lái)控制電子開(kāi)關(guān)的通斷，在第五個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿，這四位數據被送入內部電子開(kāi)關(guān)控制寄存器。如果傳輸的是１８或１９位數據字，那么，在片選線(xiàn)上電平由高向低轉換時(shí)，頻率位將被送入頻率寄存器。在上電復位狀態(tài)下，電荷泵電流為２８０μＡ，調諧電壓輸出被關(guān)斷；而在標準模式下，當ＡＣＰＳ標志為高電位時(shí)，測試位Ｔ２～Ｔ０被置為００１，此時(shí)將禁止ＴＳＡ５５２６輸出。當傳輸的是２７位數據字時(shí)，在時(shí)鐘脈沖的第２０個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)，頻率位將被送入頻率寄存器，而控制位則在片選引腳ＣＥ從高電平向低電平轉換時(shí)送入控制寄存器。在這種方式下，基準分頻比由ＲＳＡ和ＲＳＢ位確定，測試位（Ｔ２、Ｔ１、Ｔ０）、電荷泵控制位ＣＰ、分頻比選擇位（ＲＳＡ、ＲＳＢ）以及０Ｓ位只能進(jìn)行２７位的傳輸。圖３所示是３總線(xiàn)方式時(shí)的時(shí)序圖。

表5 AT89C51內RAM中20H、21H、22H、23H的定義

4　應用

ＴＳＡ５５２６在某航空電子設備檢查儀中的應用電路如圖４所示，圖中，單片機與ＴＳＡ５５２６采用３總線(xiàn)方式進(jìn)行通信。Ｐ１．０與ＳＣＬ引腳相連，用于串行時(shí)鐘輸出。Ｐ１．１與ＳＤＡ引腳相連，用于串行數據輸出。Ｐ１．２與ＣＥ引腳相連以進(jìn)行片選控制；電子開(kāi)關(guān)ＢＳ１～ＢＳ４用于通過(guò)ＶＣＯ產(chǎn)生４種不同頻率信號，ＶＣＯ的輸出將通過(guò)Ｃ６送到ＴＳＡ５５２６的ＲＦ引腳，并經(jīng)分頻后與基準信號進(jìn)行相位比較。Ｖｔｕｎｅ輸出的誤差控制電壓經(jīng)電阻Ｒ３、電容Ｃ５加到ＶＣＯ。Ｒ１、Ｃ４的數值可用于決定微調的快慢。當頻率鎖定后，ＬＯＣＫ引腳將變?yōu)榈碗娖?，并將該電平通過(guò)ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ１．３引腳送入單片機進(jìn)行檢測。本電路采用２７位數據格式，發(fā)送的數據存放在單片機ＡＴ８９Ｃ５１中ＲＡＭ的２０Ｈ、２１Ｈ、２２Ｈ、２３Ｈ四個(gè)單元中，各位定義見(jiàn)表５所列。其具體程序清單如下：

Ｒｆｅｇａｄｊ: ＣＬＲ Ｐ１．０

ＳＥＴＢ Ｐ１．２

ＭＯＶ Ｒ０，＃０８Ｈ

Ｆｒｅｇａｄｊ１: ＭＯＶ Ａ,２０Ｈ

ＣＬＲ Ｃ

ＲＲＣ Ａ

ＭＯＶ Ｐ１．１，Ｃ

ＳＥＴＢ Ｐ１．０

ＮＯＰ

ＣＬＲ Ｐ１．０

ＤＪＮＺ Ｒ０，Ｆｒｅｇａｄｊ１

ＭＯＶ Ｒ０?＃０８Ｈ

Ｆｒｅｇａｄｊ２: ＭＯＶ Ａ,２１Ｈ

ＣＬＲ Ｃ

ＲＲＣ Ａ

ＭＯＶ Ｐ１．１，Ｃ

ＳＥＴＢ Ｐ１．０

ＮＯＰ

ＣＬＲ Ｐ１．０

ＤＪＮＺ Ｒ０，Ｆｒｅｇａｄｊ２

ＭＯＶ Ｒ０,＃０８Ｈ

Ｆｒｅｇａｄｊ３：ＭＯＶ Ａ，２２Ｈ

ＣＬＲ Ｃ

ＲＲＣ Ａ

ＭＯＶ Ｐ１．１，Ｃ

ＳＥＴＢ Ｐ１．０

ＮＯＰ

ＣＬＲ Ｐ１．０

ＤＪＮＺ Ｒ０，Ｆｒｅｇａｄｊ３

ＭＯＶ Ｒ０，＃０３Ｈ

Ｆｒｅｇａｄｊ４： ＭＯＶ Ａ，２３Ｈ

ＣＬＲ Ｃ

ＲＲＣ Ａ

ＭＯＶ Ｐ１．１，Ｃ

ＳＥＴＢ Ｐ１．０

ＮＯＰ

ＣＬＲ Ｐ１．０

ＤＪＮＺ Ｒ０，Ｆｒｅｇａｄｊ４

ＲＥＴ