【原创】锁相环PLL制作与调试要点

一、MC145152（鉴相器）

MC145152－2 芯片是摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片。它是 MC145152－1 芯片的改进型。主要具有下列主要特征：

（1）它与双模（P／（P＋1））分频器同时使用，有一路双模分频控制输出 MC。当 MC 为低电平时，双模分频器用（P＋1）去除；当 MC 为高电平时，双模分频器用模数 P 去除。

（2）它有 A 计数器和 N 计数器两个计数器。它们与双模（P／（P＋1））分频器提供了总分频值（NP＋A）。其中，A、N 计数器可预置。N 的取值范围为 3～1023，A 的取值范围为 0～63。A 计数器计数期间，MC 为低电平；N 计数器计数（N－A）期间，MC 为高电平。

（3）它有一个参考振荡器，可外接晶体振荡器。

（4）它有一个R计数器，用来给参考振荡器分频，R计数器可预置，R的取值范围：8，64，128，256，512，1024，1160，2048。设置方法通过改变RA0、RA1、RA2的不同电平，接下来会讲到。

（5）它有两路鉴相信号输出，其中，ФR、ФV 用来输出鉴相误差信号，LD 用来输出相位锁定信号。

MC145152－2 的供电电压为 3．0 V～9．0 V，采用 28 脚双列封装形式。MC145152－2的原理框图如图 1 所示

MC145152－2 的工作原理：参考振荡器信号经 R 分频器分频后形成 fR 信号。压控振荡器信号经双模P/(P ＋1)分频器分频，再经 A、N 计数器分频器后形成 fV 信号，fV＝fVCO/(NP＋A)。fR 信号和 fV 信号在鉴相器中鉴相，输出的误差信号（φR、φV）经低通滤波器形成直流信号，直流信号再去控制压控振荡器的频率。当整个环路锁定后，fV＝fR 且同相，fVCO＝（NP＋A）fV＝（NP＋A）fR，便可产生和基准频率同样稳定度和准确度的任意频率。原理框图如右图：

管脚描述：

Pin 1频率输入 (fin) 输入到上升沿触发÷N和÷A计数器。fin通常是来自一个双模预分频器并且通过交流耦合输入。对于较大振幅的信号(标准CMOS逻辑电平)也可以直接直流耦合。其输入信号应小于30MHz，所以大于30MHz的输出一般都要用双模预分频芯片。

Pin4、5、6 参考分频地址码输入 (RA0, RA1, RA2)为参考地址码输入端，用于选择参考分频器的分频比，通过12x8ROM参考译码器和12bit÷R计数器进行编程。分频比有8种选择，其参考地址码与分频比的关系,见下表所列：

Pin11 – 20 (N0 – N9) N计数器程控输入

Pin26、27（OSCout、OSCin）为参考振荡端，当两Pin接上一个并联谐振晶体时，便组成一个参考频率振荡器但在OSCin到地和OSCout到地之间一般应接上频率置定电容（一般为15pF左右）。OSCin也可作为外部参考信号的输入端。

Pin23、21、22、 24、 25、 10 (A0 – A5)为6bit÷A计数器的分频端,其预置数决定了÷P／（P＋1）双模前置分频器÷P／（P＋1）的次数。

Pin 7、8（φR、φV）为鉴相器双输出端

Pin 9（MC）双模前置分频控制输出端

Pin 28（LD）锁定指示器输出端

官方芯片手册例举的典型应用：

二、MC12022（分频器）

RL取值太大将导致下降变慢!

输入阻抗，如果来自VCO实际中没接（如果你的最终输出用了AGC那接这50Ω也就无所谓），因为这信号不仅要输入分频器，还要供下级使用，不想被衰减太多：

三、MC1648（压控振荡器）

（我这个是0-5V 50MHz-90MHz）

由图可见，两个变容二极管是背靠背连接的，这使得它们对于高频电压的相位刚好相反，其特点是：对于直流和调制信号而言，它们相当于并联，所处的偏置点和受调制状态一样；对于高频信号而言，它们相当于串联，使得每个变容二极管两端的电压幅度下降了一半，可防止高频电压幅度过大时，变容二极管导通对谐振回路的影响，这就减弱了高频电压的作用。在单个变容二极管电路中，出现这种现象将导致回路Q值大大下降，此外，还会削弱高频振荡电压的谐振成分。因为变容二极管是非线性器件，高频信号的输入必然产生谐波分量（不是调制信号的谐波），可能引起交叉调制干扰。对接之后，两二极管的高频信号反相，可抵消部分谐波成分。

文档示例用法：

MV209电压-电容特性图MV209频率-电容Q值特性图

具体调试：（以制作80MHz信号源为例）

整个电路制作的各个模块之间的关键信号连接处最好焊接个跳帽，到时候可以随时断开，以便于分块调试，而且各个模块之间在板子上做到区域划分，关键的引脚最好用记号笔做个记号，以防止接输入信号出错，严重时烧坏芯片，而且随时可以让别人来调试而不需要再一次次解释这个管脚干嘛的那个管脚干嘛的，这在团队合作中显得尤为重要。容易干扰的信号需要传输的话需要把那两个模块安排的近一些。还有就是电源和地的输入端子，尽量多焊接一些接线端子，特别是地，更要且最好在板子底部焊多一些接线端子，当你要用示波器同时观察好几个信号的时候你才有足够的接地端。

1、分频器

按照电路图接好电路，我这里只需要固定的64分频，所以2脚3脚一起接VCC，不需要SW开关。特别注意RL最好不要大于5K，可以看一下当我用信号发生器输入640KHz的正弦信号到1脚，输出4脚当然应该是10KHz的方波，可是RL选了10K和选5K的效果如下图，咱们就按文档标识的来吧。百度文库上有一篇模糊的文档，我看成了22K 导致这样的问题。曾经看过MC12017是射级输出，但是这个MC12022我看了不是。

和RL并联的电容可以视情况而看不接，这个分频器还是比较好调试的。断开分频器的前后级，单独调试它，把6脚（MC）用导线暂时接到VCC，然后加入64MHz的正弦波可以得到上升下降都比较陡峭的方波输出即可，否则检查电路（瓷片电容是否接了，管脚是否接错）。

2、鉴相器

焊接完成电路，电路外围元件比较少，很容易，但是要注意晶振到芯片的距离尽量最近最近，LD锁定指示最好通过三极管驱动LED，不要直接一个LED到地。注意N、A之类的地址编码管脚不需要再去接上拉下拉电阻，悬空就是1，接地就是0。首先必须保证晶振产生的频率稳定可靠！可以按照下图所示来校准，建议使用高精度和稳定性的晶振，别再拿个单片机没用完的晶振放这儿了，最好用那种高帽子形状（下图第一个）的晶振。我用的是4M晶振，OSCout 端接20pF固定值，OSCin接30pF可调电容。电路上电后用示波器观察OSCin管脚的频率是否为4M，而且基本波动不大。否则调节可调电容，注意不要用金属去旋，避免碰到电路部分使它不震荡，尽量用塑料小螺丝刀。

我设置R2~R0为001，即64分频，得到fr=fosc/R=参考频率。计算N、A，我们已经让MC12022是64分频，即P=64已知。

M=PN+A= fo /fr=80M/=1280

M/P=N+A/P=1280/64=20+0

即N=20，A=0，转化成二进制即为N=00000 10110,A=000000(从左到右依次是高位到低位)其中0表示接地，1悬空该引脚即可。

再比如，要设置78MHz则M=78M/=1248,M/P=，即N=19=00000 10011，A=*64=32=100000

计算我们可以实用系统自带的计算器，选菜单栏下拉“查看”——“程序员”，在十进制时输入32，然后勾选二进制则显示为二进制。