在此說明以晶體振蕩器做為基準(zhǔn)振蕩器，將其與VCO以及PLL電路組合成為信號產(chǎn)生器的情形也被稱為頻率合成器。
此一PLL-VCO電路的設(shè)計規(guī)格如表l所示。振蕩頻率范圍為40M~60MHz內(nèi)的10MHz寬。每一頻率階段(step)寬幅為10kHz。頻率的穩(wěn)定度目標(biāo)與晶體振蕩電路相近。
PLL-VCO的工作原理
| 表一 PLL-VCO的設(shè)計規(guī)格 | |
| 振蕩頻率 | 40M-60MHz中的10MHz寬幅 |
| 頻率階段 | 10KHz |
| 頻率穩(wěn)度 | 與晶體振蕩器同等 |
| 振蕩波形 | 正弦波 |
| 溫度范圍 | 0-50℃ |
| 電源電壓 | 12~15V |
表1 PLL-VCO的設(shè)計規(guī)格
(根據(jù)使用目的與規(guī)格，決定振蕩頻率與頻率階段。頻率穩(wěn)定度高，且可以做階段性變化。)
圖3所示的為此將制作的PLL．VC0電路之方塊圖。假設(shè)VCO電路的振蕩頻率為53.29MHz工作原理。
(利用數(shù)字設(shè)定用SW設(shè)定BCD符碼，做為頻率的設(shè)定，將晶體與VCO電路做相位比較，以達頻率穩(wěn)定化。)
首先，利用晶體產(chǎn)生10.24MHz之振蕩。再將此做1024分頻，產(chǎn)生fr=10kHz的基準(zhǔn)頻率。
另外，將VCO電路之振蕩頻率fosc利用N分頻電路做N分頻成為fo也即是，fo=fosc/N。此一分頻比N之值，是利用數(shù)字設(shè)定用SW，根據(jù)BCD (Binary Coded Decimal)符碼而設(shè)定的。
接著，利用相位比較器做fr與fo的相位比較。如果frfo時，會發(fā)生誤差檢出脈波。此再利用回路濾波器積分成為直流電壓，以此控制VC0振蕩電路，使fr=fo。
在PLL電路成為鎖栓(Locked)狀態(tài)時，VCO的振蕩頻率應(yīng)該為fosc=N x f0=N x fr
假設(shè)數(shù)字設(shè)定用SW所設(shè)定的數(shù)字為"5329"時，fosc成為fosc=5329×10kHz=53.29MHz
所以，只要改變數(shù)字設(shè)定用SW所設(shè)定的數(shù)字，便可以改變VCO的振蕩頻率。
因此，PLL電路為利用頻率反饋控制，使fr=fo。而且由于fr是經(jīng)由晶體振蕩器的頻率分頻而得，所以，PLL的VCO所產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定度可以與晶體振蕩器比美。
PLL用IC MC145163P
此所使用的PLL用IC為Motorola公司的MC145l63P。圖4所示的為MC145163P的特性與端子連接圖，以及方塊圖。
此一IC內(nèi)含有可以產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率fr的晶體振蕩電路與分頻電路，將VCO信號分頻用的N分頻電路，以及將fo與fr做為此較用的相位比較電路。
此一IC為28個端子DIP型。電源電壓為3~9V工作原理，工作原理頻率為30MHz(電源電壓5V)，如果電源電壓成為9V時，工作原理頻率可以延伸至80MHz。因此，對于設(shè)計規(guī)格為40M~60MHz而言，不會有問題。
圖4MCl45163P的構(gòu)成
(此為LSI，集積度高，與VCO電路配合，可以組成PLL電路。)
| MC145163P主要功能端口說明 | |||
| fin (1端子) | 頻率合成器的可程式化計數(shù)器（/N計數(shù)器部）的輸入，通常fin 可以從VCO取得，以AC結(jié)合連接至1端子。在標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯位準(zhǔn)之大振幅信號的場合，也可以采用直接結(jié)合。 | ||
| Vss (2端子) | 電路的接地 | VDD（3端子） | 正電源（+5V） |
| PDout (4端子) | 當(dāng)伯VCO控制信號，由相位比較器的3狀態(tài)輸出。 頻率fv > fr或fv相位前進；負(fù)脈波。 頻率fv < fr或fv相位延遲；正脈波。 頻率fv = fr與同相位；高阻抗?fàn)顟B(tài)。 | ||
| RA0 RA1（5端子，6端子） | 由這些輸入，設(shè)定基準(zhǔn)分頻器（R計數(shù)器）的分頻比。分頻比可以從512，2048，4096中選擇。 | ||
| ΦR，ΦV （7端子，8端子） | 利用這些相位比較器的輸出，與通低頻慮波器組合，成為VCO的控制信號。 頻率fv > fr或相位前進的場合： ΦV 會發(fā)生L脈波，ΦR 會維持H。 頻率fv < fr或fv相位延遲的場合： ΦV 維持H， ΦR產(chǎn)生L脈波。 頻率fv = fr與同相位的場合： ΦV ，ΦR 都成為H。 | ||
| BCD輸入 （9端子-24端子） | 這 些的輸入數(shù)據(jù)，在N計數(shù)器的內(nèi)容成為時，會被預(yù)先設(shè)定（preset）. 9端子為100位數(shù)的LSB，24端子為100位數(shù)的MSB，由于內(nèi)藏有pull down電阻。因此，在輸入開放時成為L位準(zhǔn)。利用BCD數(shù)字設(shè)定SW的使用，可以任意設(shè)定3至9999為止的任意分頻比。 | ||
| REFout (25端子) | 內(nèi)部基準(zhǔn)振蕩器外部基準(zhǔn)信號的緩沖輸出。 | ||
| OSCout, OSCin(26端子，27端子) | 在這些端子上連接水晶振蕩子時，便成為基準(zhǔn)振蕩器。使用適當(dāng)值的電容連接OSCin與接地間，以及OSCout與接地間。OSCin也成為外部一產(chǎn)生基準(zhǔn)信號的輸入。這些信號通常在OSCin做AC結(jié)合。但是，在大振幅信號（CMOS邏輯位準(zhǔn)）的組合，則使用DC結(jié)合。在外部基準(zhǔn)Mode中，不必要與OSCout連接。 | ||
| LD（28端子） | PLL鎖栓檢知信號，在PLL回路成為鎖栓時（fr與fv的頻率與相位為相同時）成為H，不成為鎖栓時則產(chǎn)生脈波。 | ||
圖5所示的為實際的PLL-VCO電路的構(gòu)成。
圖5 PLL-VCO電路圖
(VCO電路與緩沖放大器的工作原理電壓為12V。為了提高MC145163P的工作原理頻率，將電源電壓提高至9V。)
VCO電路的設(shè)計
VCO電路為使用上章的備注欄所介紹的庫拉普振蕩電路。
將線圈與電容組合，使達到設(shè)計規(guī)格的40M~60MHz。
線圈為使用FCZ50-10S。此一線圈的標(biāo)準(zhǔn)電感量為0.68μH，但是，在此將鐵芯做稍微調(diào)偏，使電感量減小。
所組合的可變電容二極管為使用1SVl6l。圖6所示的為1SV161所加上的電壓：電容量的VR-C特性。1SV16l為CATV調(diào)諧器的電子調(diào)諧用，其容量變化比為Cmin(VR=2V)/Cmax(VR=25V)=10.5。此所使用的可變電容的控制電壓(逆向電壓VR)為在1~8V的范圍。
(為了能夠做寬廣范圍的諧振頻率設(shè)定，選擇容量比較大的可變電容二極管。頻率范圍為數(shù)MHz時，可將串聯(lián)的電容器由1000pF變更為100pF。)
PLL-VCO基板的制作輿調(diào)整
圖7所示的為所制作的PLL-VCO印刷電路基板。圖(a)為零件配置圖，圖(b)為印刷電路基板圖樣。將PLL用IC，VCO，緩沖放大器配置在一塊印刷電路基板上。
從PLL用IC會產(chǎn)生數(shù)字電路的噪聲，因此，應(yīng)該將PLL部與VCO電路，緩沖放大器使用個別的基板作成；但是，在此為混合在一個基板上。
在此一基板上，使用接地銅箔將PLL用IC與其它高頻電路分離，并且將電源也成為個別系統(tǒng)，以減少數(shù)字電路的影響。
VCO電路與緩沖放大電路的銅箔也使用稍粗的圖樣。
調(diào)整的步驟如下所述。
▲將PLL鎖栓
PLL-VCO電路為受到反饋控制的狀態(tài)，稱之為鎖栓(Lock)。首先，假設(shè)數(shù)字設(shè)定SW的顯示為"5000"。此時，如果PLL被鎖栓，則MC145163P的LD端子（28端子）會成為″H″輸出，LED會發(fā)光。 PLL-VCO基板的制作輿調(diào)整
圖7所示的為所制作的PLL-VCO印刷電路基板。圖(a)為零件配置圖，圖(b)為印刷電路基板圖樣。將PLL用IC，VCO，緩沖放大器配置在一塊印刷電路基板上。
從PLL用IC會產(chǎn)生數(shù)字電路的噪聲，因此，應(yīng)該將PLL部與VCO電路，緩沖放大器使用個別的基板作成；但是，在此為混合在一個基板上。
在此一基板上，使用接地銅箔將PLL用IC與其它高頻電路分離，并且將電源也成為個別系統(tǒng)，以減少數(shù)字電路的影響。
VCO電路與緩沖放大電路的銅箔也使用稍粗的圖樣。
調(diào)整的步驟如下所述。
圖7 PLL-VCO電路的印刷電路基板
(數(shù)字電路與類此電路(高頻率)為混在一起，
但是，利用銅箔配置的設(shè)計，將兩者分開。信號線為用接地銅箔包圍隔離之。)
如果偏離鎖栓狀態(tài)時，LD端子會成為"L"脈波輸出，因此，LED會稍微暗下來。在偏離鎖栓狀態(tài)下，可以稍微調(diào)整線圈T1，T2的鐵芯，使成為鎖栓狀態(tài)。
接著，如圖8所示，利用高頻率測試棒檢出輸出端子的電壓，然．后再調(diào)整T2的鐵芯，使電壓成為最大。此一高頻率測試棒可以使用第8章所制作的。
▲振蕩頻率范圍調(diào)整
此為振蕩頻率范圍為45M~55MHz的調(diào)整例子。將數(shù)字設(shè)定用SW設(shè)定為"4500"，調(diào)整T1的鐵芯，使可變電容二極管的電壓Vr成為2V。
接著，將數(shù)字設(shè)定用SW設(shè)定為"5500"，確認(rèn)Vr是否成為4~6V。
圖9所示的為連接470Ω的負(fù)載，將T2的諧振點調(diào)整至52MHz，觀察可變電容二極管的電壓與頻率變化的情形。VCO的振蕩頻率即使在38M~68MHz變化，也會使頻率鎖栓。
實際上，振蕩頻率的寬幅為在l0MHz以內(nèi)使用，使T2在中心頻率發(fā)生諧振。
PLL電路廣被使用于AV產(chǎn)品上。而且由于PLL電路的LSI化，使電路制作很簡單。此所使用的MCl45163P為較容易取得的PLL用IC之一。
圖9 可變電容二極管的電壓與頻率，輸出電壓的關(guān)系
(輸出電壓的變化會受T2諧振特性的影響。將T2與10pF組合而變化之，諧振電路的Q值愈低，輸出電壓會愈成為平坦。)
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