通用數(shù)字式頻率合成集成電路TSA5526的原理及應(yīng)用

　　摘要：TSA5526是Philips公司推出的通用數(shù)字頻率合成器集成電路，該芯片具有外圍電路簡單、與單片機(jī)接口方便的特點(diǎn)，可解決頻率合成器設(shè)計(jì)當(dāng)中的難題。文中介紹了TSA5526的主要特點(diǎn)、引腳功能、工作原理及應(yīng)用電路。
　　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)是近代無線電技術(shù)發(fā)展中的一門新技術(shù)，也是現(xiàn)代通信系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)頻率源，然后通過合成方法產(chǎn)生各種所需的頻率信號。這些頻率信號與標(biāo)準(zhǔn)頻率源具有相同的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度。使用該技術(shù)構(gòu)成的電路在通信設(shè)備中稱為頻率合成器。頻率合成器的種類很多，目前普遍采用的是數(shù)字式頻率合成器。數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)所需信號頻率較高時(shí)，該電路的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試難度較大，通常只能依靠專業(yè)廠家來完成，不僅成本高，而且生產(chǎn)周期長。ＴＳＡ５５２６芯片是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的通用數(shù)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(shù)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(diào)整電壓為：４．５～３３Ｖ；
　　
　　●具有鎖定檢測功能；
　　
　　●內(nèi)置可編程的１５ｂｉｔ分頻器；
　　
　　●通過程序控制可在５１２、６４０和１０２４中選擇基準(zhǔn)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總線和３總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
　　
　　●采用單電源供電，電源電壓為４．５～５．５Ｖ。
　　
　�。惨�腳功能
　　
　�。裕樱粒担担玻队校樱樱希校保逗停樱希保秲煞N封裝，引腳排列如圖１所示，各引腳功能見表１所列。
　　
　　表1TSA5526的引腳功能
　　
　　引腳名稱功能
　　應(yīng)用說明
　　
　　1RF射頻信號RF輸入通常接本振輸出2VEE地3VCC1電源電壓1芯片電源，接+5V4VCC2電源電壓2開關(guān)控制電源，通常接+12V5BS4電子開關(guān)BS4輸出PNP三極管OC輸出6BS3電子開關(guān)BS3輸出PNP三極管OC輸出7BS2電子開關(guān)BS2輸出PNP三極管OC輸出8VS1電子開關(guān)BS1輸出PNP三極管OC輸出9CP環(huán)路濾波器外接RC濾波網(wǎng)絡(luò)10Vtune誤差控制電壓輸出通過上拉電阻輸出直流電壓并加到VCO11SW總線選擇開關(guān)接地時(shí)選擇I2C總線方式；懸空時(shí)選擇3總線方式12LOCK/ADC鎖定標(biāo)志/ADC輸入3總線方式時(shí)為鎖定標(biāo)志，低電平有效；I2C總線方式時(shí)5為電平ADC輸入端13SCL串行時(shí)鐘下降沿時(shí)將SDA輸出的數(shù)據(jù)鎖存14SDA串行數(shù)據(jù)在3總線方式時(shí)，18bit、19bit和27bit三種數(shù)據(jù)可供選擇15CE片選信號高電平有效16XTAL基準(zhǔn)振蕩輸入通常外接4MHz晶體
　　表2寫狀態(tài)數(shù)據(jù)格式
　　
　　字節(jié)MSB數(shù)據(jù)字節(jié)LSB地址字節(jié)（ADB）11000MA1MA0分頻字節(jié)（DI1）0N14N13N12N11N10N9N8分頻字節(jié)2（DB2）N7N6N5N4N3N2N1N0控制字節(jié)（CB）1CPT2T1T0RSARSB0S電子開字節(jié)（BB）空空空空BS4BS3BS2BS1
　�。硟�(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理
　　
　�。裕樱粒担担玻兜膬�(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示，它包括射頻信號處理單元、基準(zhǔn)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(jù)輸入射頻信號的頻率來確定�；鶞�(zhǔn)信號處理單元中的基準(zhǔn)振蕩器通過外接晶體產(chǎn)生基準(zhǔn)信號，同時(shí)經(jīng)基準(zhǔn)分頻器產(chǎn)生基準(zhǔn)信號。基準(zhǔn)分頻器通過編程可選５１２、６４０和１０２４三種分頻比。經(jīng)過分頻處理后的兩路信號同時(shí)加到數(shù)字式相位比較器，然后經(jīng)電荷泵、放大器和驅(qū)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(xiàn)微處理器與該器件的通信，它一方面接收微處理器送來的數(shù)據(jù)并在內(nèi)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ＳＷ端信號的不同連接，可選擇兩種串行通信方式：Ｉ２Ｃ總線方式和３總線方式。
　　
　　圖2
　　
　�。常�１Ｉ２Ｃ總線方式
　　
　�。幔畬憼顟B(tài)?Ｒ／Ｗ＝０?
　　
　　在寫狀態(tài)時(shí)，對ＴＳＡ５５２６編程需要四個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，并應(yīng)在地址字節(jié)傳輸后將數(shù)據(jù)字節(jié)送入芯片。當(dāng)?shù)刂纷止?jié)?第一字節(jié)?傳輸后，Ｉ２Ｃ總線的收發(fā)會(huì)使地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)連在一起，并在一個(gè)傳輸過程中傳輸完畢。如果地址字節(jié)后的第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)為分頻字節(jié)或控制字節(jié)，則芯片將被部分編程。表２是其數(shù)據(jù)字節(jié)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：
　　
　�。危剑危保础粒玻保矗�Ｎ１３×２１３＋…＋Ｎ１×２＋Ｎ０
　　
　�。茫袨榭刂齐姾杀秒娏鞔笮∥�，ＣＰ為０，對應(yīng)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(zhǔn)分頻比選擇位。０Ｓ為可調(diào)放大器控制位，０Ｓ位為０時(shí)，可調(diào)放大器接通?缺省值?，０Ｓ位為１時(shí)斷開。ＢＳ４～ＢＳ１是ＰＮＰ電子開關(guān)控制位，其對應(yīng)關(guān)系是：當(dāng)ＢＳｎ為０時(shí)，電子開關(guān)ｎ接通；當(dāng)ＢＳｎ為１時(shí)，電子開關(guān)ｎ斷開。
　　
　　表3讀狀態(tài)數(shù)據(jù)格式
　　
　　字節(jié)MSB數(shù)據(jù)字節(jié)LSB地址字節(jié)11000MA1MA2R/W=1狀態(tài)字節(jié)PORFLACPS11A2A1A0
　　表43總線方式數(shù)據(jù)格式
　　
　　數(shù)據(jù)形式D0D3D4D17D18D19D20D21D22D23D24D25D2618位BS4BS1N13N019位BS4BS1N14N1N027位BS4BS1N14N1N0-CPT2T1T0RSARSB0S
　�。猓�讀狀態(tài)?Ｒ／Ｗ＝１?
　　
　　表３所列為讀狀態(tài)數(shù)據(jù)格式。當(dāng)輔助地址位被識別之后，將自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)脈沖到ＳＤＡ線上。ＳＤＡ線上的數(shù)據(jù)在ＳＣＬ時(shí)鐘信號為高電平時(shí)有效，數(shù)據(jù)字節(jié)在ＳＤＡ線上產(chǎn)生應(yīng)答信號之后從器件中讀出；如果沒有主應(yīng)答信號產(chǎn)生，傳輸過程就會(huì)結(jié)束，此時(shí)芯片將釋放數(shù)據(jù)線從而使微控制器產(chǎn)生終止條件。當(dāng)上電時(shí)，ＰＯＲ標(biāo)志被置為１，當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志時(shí)，ＰＯＲ標(biāo)志被復(fù)位?讀周期的結(jié)束。ＦＬ為進(jìn)入鎖存標(biāo)志，用于表示何時(shí)循環(huán)建立起來。通過對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(zhuǎn)換標(biāo)志，當(dāng)自動(dòng)充電電流轉(zhuǎn)換打開且循環(huán)鎖定時(shí)，此標(biāo)志為０，此時(shí)充電電流被強(qiáng)制為低。在其它條件下，ＡＣＰＳ為邏輯１。在Ｉ２Ｃ總線狀態(tài)下，內(nèi)置的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器可將自動(dòng)頻率微調(diào)模擬電平轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送往微控制器。
　　
　�。常�２３總線方式
　　
　　在３總線方式下，該器件接收的數(shù)據(jù)有１８位、１９位和２７位三種，參見表４。在該方式下，當(dāng)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(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器，數(shù)據(jù)的前四位用來控制電子開關(guān)的通斷，在第五個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿，這四位數(shù)據(jù)被送入內(nèi)部電子開關(guān)控制寄存器。如果傳輸?shù)氖牵保富颍保刮粩?shù)據(jù)字，那么，在片選線上電平由高向低轉(zhuǎn)換時(shí)，頻率位將被送入頻率寄存器。在上電復(fù)位狀態(tài)下，電荷泵電流為２８０μＡ，調(diào)諧電壓輸出被關(guān)斷；而在標(biāo)準(zhǔn)模式下，當(dāng)ＡＣＰＳ標(biāo)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(dāng)傳輸?shù)氖牵玻肺粩?shù)據(jù)字時(shí)，在時(shí)鐘脈沖的第２０個(gè)上升沿到來時(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(zhuǎn)換時(shí)送入控制寄存器。在這種方式下，基準(zhǔn)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總線方式時(shí)的時(shí)序圖。
　　
　　表5AT89C51內(nèi)RAM中20H、21H、22H、23H的定義
　　
　　字節(jié)地址D7D6D5D4D3D2D1D020HBS4BS3BS2BS1N14N13N12N1121HN10N9N8N7N6N5N4N322HN2N1N01100023H01000000
　　4應(yīng)用
　　
　�。裕樱粒担担玻对谀澈娇针娮釉O(shè)備檢查儀中的應(yīng)用電路如圖４所示，圖中，單片機(jī)與ＴＳＡ５５２６采用３總線方式進(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(shù)據(jù)輸出。Ｐ１．２與ＣＥ引腳相連以進(jìn)行片選控制；電子開關(guān)ＢＳ１～ＢＳ４用于通過ＶＣＯ產(chǎn)生４種不同頻率信號，ＶＣＯ的輸出將通過Ｃ６送到ＴＳＡ５５２６的ＲＦ引腳，并經(jīng)分頻后與基準(zhǔn)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(shù)值可用于決定微調(diào)的快慢。當(dāng)頻率鎖定后，ＬＯＣＫ引腳將變?yōu)榈碗娖�，并將該電平通過ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ１．３引腳送入單片機(jī)進(jìn)行檢測。本電路采用２７位數(shù)據(jù)格式，發(fā)送的數(shù)據(jù)存放在單片機(jī)ＡＴ８９Ｃ５１中ＲＡＭ的２０Ｈ、２１Ｈ、２２Ｈ、２３Ｈ四個(gè)單元中，各位定義見表５所列。其具體程序清單如下：
　　
　�。遥妫澹纾幔洌�:ＣＬＲＰ１．０
　　
　　ＳＥＴＢＰ１．２
　　
　�。停希郑遥�，＃０８Ｈ
　　
　�。疲颍澹纾幔洌辏�:ＭＯＶＡ,２０Ｈ
　　
　�。茫蹋遥�
　　
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　�。停希郑校保�１，Ｃ
　　
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　　ＮＯＰ
　　
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　　ＤＪＮＺＲ０，Ｆｒｅｇａｄｊ１
　　
　�。停希郑遥�?＃０８Ｈ
　　
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　�。停希郑校保�１，Ｃ
　　
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　�。停希郑遥�，＃０３Ｈ
　　
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　�。茫蹋遥�
　　
　　ＲＲＣＡ
　　
　�。停希郑校保�１，Ｃ
　　
　�。樱牛裕拢校保�０
　　
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　　ＣＬＲＰ１．０
　　
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