可编程时钟发生器及其应用

在数据采集系统中，所设计的系统应具有通用性，可根据不同的数据采集对象，产生不同的采样频率;或者系统处于不同的运行情况时，能够动态改变采样频率，即数据采集系统应当具有改变采样频率的能力。传统的数据采集系统，一般都是固定频率的数据采集，很难应用于其它采样频率的场合。为了使所设计的系统适用于不同的场合，具有广泛的适应性，系统必须具有在线改变采样频率的方法。可编程时钟发生器芯片ICD2053B提供了系统动态改变频率的方法，其动态时钟输出频率范围从391kHz到100MHz(TTL电平)或391kHz到90MHz(CMOS电平)，具有较宽的频率范围，在系统中采用ICD2053B能很好地解决上述问题。ICD2053B提供完全用户可编程的锁相环特性，锁相环振荡器输入由外部参考时钟(1MHz～25MHz)或外部晶振(2MHz～24MHz)提供。其二线串行接口便于对输出频率进行编程控制，具有三态输出控制使能。5V供电、低功耗、小体积又使其适宜于功耗和空间要求高的应用场合。它所具有的动态改变输出频率的能力，给设计者提供了灵活的设计自由度。

1 ICD2053B的结构及工作原理

1.1 引脚功能表及内部结构图

　　ICD2053B的内部结构如图1所示，引脚功能如表1所示。

1.2 ICD2053B的寄存器

　　ICD2053B包含两个寄存器:控制寄存器和编程寄存器。

　　这两个寄存器使用协议字011110来区分是控制寄存器数据还是编程寄存器数据。所有要发送的其它数据(除协议字外)在连续3个1之后，不论原来其后的数值是1还是0必须插入一个0，来区分是协议字还是数据。所有要编程的串行字从最低位开始串行地移入，当SCLK从低到高跳变时，将数据移入到可编程寄存器中。一旦协议字检出后，前面已移入的8位数据就传递到控制寄存器中，然后控制命令立刻被执行。

1.2.1 控制寄存器

　　当要写入的数据写入到控制寄存器时，必须包含协议字011110，用来识别所写入的数据为控制寄存器数据。

　　控制寄存器用来控制ICD2053B的非频率特性设置，它是一个8位的寄存器，其含义如图2所示。

　　控制寄存器数据的写入从控制字的低位(位0)开始，一直到控制字的高位(位7)，然后是6位的协议字写入到寄存器中，故控制寄存器的设置共需14位数据。

　　在上电时，控制寄存器装入缺省值00000100，即MUXREF控制位设置为1，强制CLKOUT输出为参考频率fREF，编程寄存器禁止装入，芯片管脚7是输出使能管脚。

1.2.2 编程寄存器

　　按照所需要的输出频率，将22位的编程字装入到编程寄存器，用以实现输出频率的更改。由于协议字为011110，在传送编程数据时，凡连续出现3个1，在其后便添一个"虚"0，以避免混淆;在接收端凡连续收到3个1，就将其后的零丢掉，故装入的数据要完成"位填充"功能。由于这个原因，实际的编程字的长度可以为22到27位。编程寄存器各字段含义如表2所示。

　　可编程振荡器的频率fVCO由下式确定:

　　fVCO=2×fREF×(P+3)/(Q+2)

式中，fREF为参考频率(1MHz～25MHz)。

　　fVCO的频率值必须保证处在50MHz和150MHz之间。因此对于输出频率低于50MHz，fVCO必须设法处于上述限制之内，可通过复用(M)字段的设置来实现该功能，M初值为000。首先将所希望的输出频率倍频，作为新的输出频率，M值增1，若仍未处于上述范围，循环直至满足要求为止(M≤7)。由于倍频所希望的输出频率，实际的输出频率就要进行相应的分频，最大的分频值为128，即输出频率fout由下式确定:

fOUT=fVCO/2M

　　指针(I)字段用来使压控振荡器VCO预置到适当的频率范围。若fVCO在50～80MHz内，I为0000;若fVCO在80～150MHz内，I为1000。注意，此处仅指压控振荡器频率fVCO，而非所希望的输出频率。

　　如果压控振荡器的频率正好处在80MHz，则推荐使用对应高频率范围的设置，即I为1000。

1.2.3 VCO编程的限制

　　编程时有以下3个主要的限制:

　　(1) 50MHz≤fVCO≤150MHz

　　(2) 1≤P≤127

　　(3) 1≤Q≤127

　　对于上述限制，要在最优速度、最低噪声和VCO稳定性等因素中，折衷考虑。

2 频率调整过程

　　当改变频率到一个新频率时，由于串行字的变化，输出信号频率会产生频率跳变。为了避免这种情况发生，可以利用控制寄存器中MUXREF的特性。MUXREF使得参考时钟多路复用，无跳变地切换，作为输出时钟，即当VCO寻求新的编程值时，它使输出时钟频率维持在固定的参考时钟频率上。

　　ICD2053B初始化或调整新频率的步骤如下:

　　(1)装入控制寄存器控制字，允许编程寄存器装入数据，使能MUXREF功能，使输出频率稳定在参考频率上，且这个过程保证无跳变。控制字如下:

　　控制字 011110 0000X101 --- LSB

协议字 要写入的控制寄存器控制字

　　管脚7的用法由用户定义，用X表示。

注意: