CX7925频率合成锁相集成电路的原理及应用

摘要：CX7925是Sony公司推出的串行输入锁相环频率合成和可编程分频集成电路。可广泛用于调幅、调频、电视广播及其它无线电池的数字调谐。文中详细介绍了CX7925的内部结构、引脚描述和基本功能，给出了CX7925的典型应用电路和使用方法。 关键词：CX7925；锁相环；压控振荡器 １ CX7925的主要特点 频率合成技术是通讯系统中的关键技术之一，它通常利用晶体组成标准频率源，然后通过合成的方法产生所需的频率信号，这些信号与标准频率源之间具有相同的频率稳定度和精确度。使用该技术构成的电路称为频率合成器。目前广泛采用的是数字式频率合成器，它们一般由晶体振荡器、分频器、鉴相器、滤波器和压控振荡器（ＶＣＯ）等组成， 它将晶体振荡器输出的频率信号分频得到标准频率信号，然后与压控振荡器（ＶＣＯ）输出的频率信号在鉴相器中进行相位比较并产生环路锁定控制电压，该电压通过滤波器加到压控振荡器（ＶＣＯ）上，便可对压控振荡器输出的信号进行控制和校正，直到环路被锁定为止。 ＣＸ７９２５是Ｓｏｎｙ公司推出的一种具有串行数据输入、锁相环频率合成和可编程分频的集成电路。该电路的主要特点如下： ●可用于调幅波、调频波、电视广播及其它无线电波的数字调谐。 ●采用高速Ｎ沟道绝缘栅ＭＯＳ技术。 ●最高工作频率：ＣＸ７９２５Ｂ为３００ＭＨｚ；ＣＸ７９２５Ｂ－１为３５０ＭＨｚ。 ●可编程分频系数为２９２～１５１。参考频率分频系数为２～１６３９３；可将４ＭＨｚ晶振频率分频为２ＭＨｚ～２４４Ｈｚ。 ●高频鉴相器具有高的信噪比（Ｓ／Ｎ）。 ●端口ＡＭＩ、ＦＭＩ、ＴＶＩ可以在各自频带范围内输入高频信号。 ●功耗仅１２０ｍＷ。 ●供电电压ＶＤＤ ：－０．５Ｖ～＋７Ｖ； ●引脚输入电压Ｖｉｎ：－１Ｖ～＋７Ｖ。 ２　引脚功能 ＣＸ７９２５采用１４脚ＳＯ１４表贴封装，其引脚排列如图１所示，各引脚功能如表１所列。 表1 CX7925引脚功能描述 引脚号 功能符号 功 能 描 述 1 Vbb 基准端口。接0.01μF电容到地 2 CLK 时钟输入端。20位串行数据在该信号上升沿时会发生移位 3 LAT 锁存信号输入端。该信号高电平时锁存移位寄存器的输入数据 4 PIN 数据输入端 5 X1 连接晶体振荡器，最高频率13MHz，标频4MHz 6 X0 参考频率输出端 7 PD 鉴相器输出端（三态） 8 A0 可编程计数器输出 9 B0 可编程分频器输出 10 TV1 高频电视信号输入端（300MHz～350MHz） 11 FM1 高频调频信号输入端（150MHz～180MHz） 12 VDD 电源电压，+5V 13 AM1 高频信号输入端 14 Vss 地 ３ ＣＸ７９２５的结构原理 ＣＸ７９２５内部主要由参考分频器、移位寄存器、锁存器、Ｎ分频计数器以及鉴相器等部分组成。其内部简化框图如图２所示。 ＣＸ７９２５作为一个可编程的频率合成器，它可在应用中提供两个可编程对外输出控制口、三个控制输入端ＣＬＫ、 ＬＡＴ、ＩＮ以及两个控制输出口Ａ０和Ｂ０。ＣＸ７９２５共有数据输入方式（ＤＡＴＡ ＩＮＰＵＴ）、上／下方式（ＵＰ／ＤＯＷＮ）和数据检测方式（ＤＡＴＡ ＤＥ-ＴＥＣＴ）三种控制功能。 （１）数据输入方式（ＤＡＴＡ ＩＮＰＵＴ） 在该方式中，可对ＣＸ７９２５的所有初始电平（共４０位数据，２０位为一组）进行设置。同时可由移位寄存器在ＣＬＫ时钟信号的上升沿接收数据。其数据输入时序如图３所示。 （２）上／下方式（ＵＰ／ＤＯＷＮ） 此方式主要用于ＡＦＴ（自动频率调谐、频率扫描电台搜索）功能。当ＣＬＫ端为低电平时，ＬＡＴ端由低电平变为高电平，此时ＵＰ／ＤＯＷＮ计数器中的内容会随ＤＩＮ电平的高低而加１或减１，从而改变锁定频率。重复这个过程可以实现频率扫描的控制。图４是其时序图。 （３）数据检测方式（ＤＡＴＡ ＤＥＴＥＣＴ） 该方式常用于检测控制器的数据是否正确。ＣＸ７９２５在使用中，参考分频器以及其它控制端数据组均以２０位数据为预置数据。格式为： Ｒ０ Ｒ１ Ｒ２ Ｒ３ Ｒ４ Ｒ５ Ｒ６ Ｒ７ Ｒ７ Ｒ９ Ｒ１０ Ｒ１１ Ｒ１２ Ｒ１３ Ｐ１１ Ｐ１２ Ａ Ｂ Ｔ１ Ｃ 其中Ｒ０～Ｒ１３为基准分频数分频值的二进制数值，具有最低有效值。实际分频数为输入数据加２；Ｐ１１和Ｐ１２是高频信号输入选择端。具体选择方式如表２所列。 表2 高频信号输入端口选择 高频信号 AMI FMI TVI P11 - 0 1 P12 0 1 1 表3 A、B控制的分频比 A 1 0 0 B 0 1 0 分频比 1/2 1/4 1/8 Ａ、Ｂ、Ｔ１为低电平时，Ａ０和Ｂ０端相应输出Ａ、 Ｂ的值，以用来控制外接分频器的分频比。具体如表３所列。 当Ｔ１为高电平时，Ａ０引脚可输出鉴相器的当前状态(锁定／失锁)。Ａ０端为０时，表示锁定；为１时表示失锁。此外，这个信号还可用作静噪信号。Ｂ０端作为数据检测方式的数据输出口，它可在ＣＬＫ端输入时钟信号的作用下，使移位寄存器内的数据连续输出。 对输入的高频信号可进行如下分频操作，数据组同样也是２０位。格式为： Ｎ０ Ｎ１ Ｎ２ Ｎ３ Ｎ４ Ｎ５ Ｎ６ Ｎ７ Ｎ８ Ｎ９ Ｎ１０ Ｎ１１ Ｎ１２ Ｎ１３ Ｎ１４ Ｎ１５ Ｎ１６ Ｎ１７ Ｔ２ Ｃ 其中Ｎ０～Ｎ１７用于确定可编程分频器的分频数Ｎ，实际分频数如表４所列。 表4 高频信号的分频操作 控制数据 输入端口选择 分频输入数据 实际分频数N0 N0的范围 P11 P11 　 　 　 　 - 0 AMI 0～65535 N+2 265537 0 1 FMI 4～262143 N+8 12262151 1 1 TVI 4～262143 2(N+8) 24524318 表5 A0和B0口的状态 输入数据 A0口 B0口 T2 T1 A B 0 1 - - 失锁信号 移位寄存器输出 1 1 0 0 参考分频数输出 主分频数输出 1 1 0 1 主分频输出 - Ｔ２主要被用于测试模式的选择，使用时通常将其设置为低电平。 检测分频器数据（参考分频器）和可编程高频分频器时，可将Ｔ２、Ｔ１置于高电平，并将Ａ、Ｂ置于低电平，这时Ａ０和Ｂ０将分别输出参考分频器和高频分频器的分频数。表５给出了Ａ０和Ｂ０端的具体状态。 ３　典型应用电路 图５所示是用ＣＸ７９２５组成的单片频率合成锁相环电路。 图中，引脚５、６外接的晶体振荡器用来产生３．９７５ＭＨｚ的基准信号，ＣＸ７９２５根据ＭＣＵ传送过来的分频信号对引脚１１的输入信号进行分频，接着再与３．９７５ＭＨｚ基准信号分频得到的２５ｋＨｚ参考信号进行鉴相操作。若两个信号同相，则ＣＸ７９２５的引脚７为高阻状态；若引脚１１输入信号的相位超前２５ｋＨｚ参考基准信号，则引脚７输出高电平，反之输出低电平。之后，鉴相输出信号再经电平转换电路进行电平转换和滤波得到一直流电压，即压控振荡器的控制电压（ＶＣＯ）。该电压可以控制调节压控振荡器的工作频率，使之与基准参考信号同相，从而保持与基准信号同样的精度。改变输入信号的分频比，压控振荡器工作频率也将随之改变，这样，该电路将成为一个受ＭＣＵ输出分频比控制的压控振荡器（ＶＣＯ）。 引脚８为锁定检测信号，当参考信号与引脚１１输入的主信号同相时，８脚输出低电平，反之输出高电平。因此，通过检测该引脚的状态可以判断锁相环是否锁定。 引脚２、３、４分别是串行时钟信号、锁存信号及串行数据输入端口，ＣＸ７９２５利用这三个引脚接收微控制器送来的分频指令信号进行工作。 ４　结束语 文中介绍的基于ＣＸ７９２５的单片频率合成锁相环电路已成功应用于某航空电台的二次检测设备中。经一段时间使用表明，该电路工作稳定、可靠，能满足设计要求。