摘要：介紹了美國國家半導體公司新推出的低功耗單片雙鎖相環芯片LMX2370的結構、原理、特點，給出了LMX2370在V/UHF航空電臺頻率合成器中的應用實例。

關鍵詞：鎖相環 頻率合成器 通信

1 LMX2370簡介

LMX2370是美國國家半導體公司新推出的高性能、低功耗、雙鎖相環芯片，其主要特點有：寬工作電壓2.7～5.5V；超低功耗（6mA）；低相位噪聲層；雙模前置分頻比可編程（主環P=32/33或16/17，副環P=16/17或8/9）；工作頻率高，主環達2.5GHz(P=32/33)或1.2GHz(P=16/17)，副環達1.2GHz(P=16/17)或550MHz(P=8/9)。

1.1 LMX2370的結構及工件原理

LMX2370的內部結構如圖1所示。它包含兩路鑒相器、電流充電泵、可編程15bit參考分頻器R和反饋頻率分頻器N。其中，N分頻器由可編程前置分頻器P、整數分頻器B和吞除計數器A組成，N=PB+A。來自外部晶體振蕩器的信號（OSCin）經R分頻后，作為參考頻率fr，加到鑒相器；壓控振蕩順（VCO）的反饋頻率fvco，經N分頻后，也加到鑒相器。鑒相器對兩輸入信號進行相位比較我，驅動電流充電泵輸出誤差信號，經片外環路濾波器濾后，形成調諧電壓，調整VCO頻率，直至環路鎖定，fvco=N·fr，此時鎖定檢測（LD）為高電平。

1.2 LMX2370引腳功能

LMX2370的封裝形式有20腳TSSOP和24腳CSP。各引腳功能如表1所示。

表1

1.3 LMX2370的三線串行接口及編程數據格式

LMX2370提供了符合MICROWIRE TM協議的三線串行接口線：時鐘、數據、使能。在時鐘上升沿，數據移入位寄存器，最高有效位（MBS）先入；在使能上升沿，移位寄存器的22位數據將鎖存到串行數據最后2位（地址位）所指定的鎖存器。

22位串行編程數據格式如表2所示。

表2

（1）Bit1和Bit0是4個鎖存器（主環的N和R鎖存器，副環的N和R鎖存器）的地址。

（2）反饋頻率分頻比N=PB+A，A的分頻比范圍為0～31，B的分頻比范圍為3～8191。要求B≥A，N≥Nmin=P·(P-1)。參考分頻比R的范圍為2～32767，但R的選擇必須使fr≤10MHz。

（3）R鎖存器中，Bit19用于選擇充電泵輸出方式，Bit19=0為正常方式，Bit19=1為三態方式。Bit18用于選擇充電泵輸出電流幅度，Bit18=0選擇±1mA，Bit18=1選擇±4mA。Bit17用于選擇鑒相器極性，VCO壓控系數為負時選擇Bit17=0,壓控系數為正時選擇Bit17=1。Bit21和Bit20（分別記為LD3，LD2、LD1、LD0）用于選擇FOLD輸出方式，當LD3LD2LD1LD0編程為0001時，FOLD輸出主環鎖定信號；編程為0100時，FOLD輸出副環的鎖定信號；編程為0101時，FOLD輸出主環和副環鎖定“與”信號；其它編碼組合用于輸出鑒相器輸入端的頻率信號。

（4）N鎖存器中，Bit20用于選擇前置分頻比P，對主環，Bit20=0選擇16/17，Bit20=1tfrc32/33;對副環，Bit20=0選擇8/9，Bit20=1選擇16/17。Bit21用于選擇電源工作方式，Bit21=0選擇正常方式，Bit21=1選擇省電（體眠）方式。

2 LMX2370應用舉例

這里，以某型V/UHF航空收發信機為例，說明LMX2370在該設備頻率合成器中的應用。

2.1 V/UHF航空收發信機頻率合成器要求

該收發信機的收發工作頻率為30～399.975MHz，頻率間隔為25kHz，頻率穩定度為±1ppm；第一中頻為900Mz，第二中頻為20MHz或70Mz。一本振為930～1299.9MHz，頻率間隔為100kHz；二本振為829.925～830MHz或879.925～880MHz，頻率間隔為25kHz。

2.2 合成器電路設計

依據頻率合成器的要求，選擇LMX2370作業核心芯片，外接晶體振蕩器、無源環路濾波器和VCO，構成如圖2所示的電路。

2.2.1 晶體振蕩器

N7選用8MHz溫被晶體振蕩器，其頻率穩定度為±1ppm。

2.2.2 VCO

N3（VCO1）和N5（VCO2）選用HE403.HE403的電源電壓為12V，工作頻率范圍為800～1500MHz，調諧電壓范圍為0～20V，輸出功率≥13dBm，頻偏10kHz時相位噪聲為-100dBc/Hz。

2.2.3 LMX2370的編程

LMX2370的編程數據、時鐘、使能信號由微控制器（87C552）提供。

設置主環R=80，副環R=320，于是主環fr1=100kHz，副環fr2=25kHz。由fvco1和fr1，可計算出主環的N=9300～12999;由fvco2和fr2，可計算出副環的N=33117～35200。前置分頻比P的選擇，需考慮VCO的頻率范圍且滿足N≥Nmin=P·(P-1)的原則。依據主、副環的VCO頻率和分頻比N，選擇主環P1=32/33，副環P2=16/17。選擇CPO的極性為正（因HE403的壓控系數為正），電流幅度為±4mA，三態輸出方式；設置LD3LD2LD1LD0=0101，即選擇FOLD輸出雙環綜合鎖定信號。

2.2.4 鎖定檢測電路

在環路鎖定時，FOLD輸出高電平，但存在很窄的負脈沖。為此，設置了由T1組成的FOLD信號處理電路。雙環均鎖定時，“合成器自檢”輸出線為穩定的低電平，該信號送微控制器，供電臺自檢狀態使用。

2.2.5 環路濾波器

環路濾波器的設計主要是確定合理的環路帶寬。本合成器的鎖定時間要求不高（不超過2ms），但需盡量降低噪聲。為此選擇三階無源濾波器（主環中的C15、C16、R1、R5和C17，副環中的C24、C25、R8、R9和C26），以增大對鑒相頻率泄漏干擾的抑制。在主環中，VCO1輸出頻率1300MHz所需的調諧電壓約12V，而環路濾波器的最大輸出電壓只有5V，為此，在環路濾波器插入了一級直流放大器（Av=3）。

已知主環參數：Kvco=50MHz/V,Kφ=4mA,fr=100kHz；選擇：主環路帶寬為10kHz，相位裕度為45°，R5、C17對100kHz鑒相頻率泄漏干擾的附加衰減為20dB;依據鎖相環的相位模型和環路濾波器元件參數計算式（詳見參考文獻2），得出主環環路濾波器的各元件參數如圖2所示；又知副環參數：Kvco=50MHz/V，Kφ=4mA,fr=25kHz；選擇副環路帶寬為5kHz，相位裕度為45°，R9、C26對25kHz附加衰減為20dB,同理可計算出副環濾波器各元件參數如圖2所示。

2.2.6 VCO輸出級

選用DS323三路功率分配器作為VCO輸出級。DS323的三路輸出中同，第一路作為接收機本振信號，第二路加到發射機載波產生電路，第三路作為環路反饋信號。為了使VCO的輸出功率主要供給前兩路負載，在反饋輸入端設置100Ω電阻（主環中的R6，副環中的R11）。

經實用測試，一本振輸出功率為4.3dBm，雜散抑制-63dBc，偏離中心頻率10kHz的相位噪聲為-72dBc/Hz；二本振輸出功率為5.1dBm，雜散抑制-66dBc，偏離中心頻率10kHz的相位噪聲為-75dBc/Hz。