最近制作了一个锁相环,用于产生大概65MHZ~73MHZ的振荡频率。由于MC12022的最高输入频率可以达到1GHZ,而MC1648的最高振荡频率是225MHZ,所以本锁相环修改参数最高可以达到225MHZ的输出,当然也可以另外自己使用晶体管搭建振荡频率更高的VCO。有了这个基础,以后在制作无线电发射机,接收机的时候,就可以选择任意频率,稳定性会比LC振荡器高。
制作前必须查看各个芯片的datasheet,要对芯片有基本的理解。以下所列出的电路图的参数都是实际制作的参数,一般来说,不需要改动任何的参数,直接做出来就可以工作,VCO里面电感是自己绕制的,没有具体的电感参数。下面是各个部分的电路:
PLL:锁相环
LPF:环路滤波器/低通滤波器
PD:鉴相器/相位比较器
VCO:压控振荡器
GDB:增益带宽积
1.供电电源
做稳定性高的东西,电源的稳定性就很重要,这个时候,使用线性稳压电源会比较合适,因为其纹波比开关电源小。因此这里采用了LM7805和LM7812稳压芯片(便宜好用)。12V的电源只用于LPF,提高LPF的供电电压,可以扩大PLL的频率变化范围;其余都采用5V供电。
2.MC145152外围电路(包含PD、N,A计数器,基准振荡频率)
右边K6,K7,K8是拨码开关,由于A0~A5,N0~N9这些输入端在芯片的内部已经有上拉电阻了,所以拨码开关断开的情况下,A0~A5,N0~N9这些管脚都是输入高电平。
Y2是普通无源晶振,我这里采用了10.245MHZ,RA0~RA2(内部上拉)是基准频率的分频器,我这里是RA[0:2]= 101;等效于对Y2进行1024分频,于是基准频率f1 = 10.245/1024≈10KHZ,也可以将C32换成可调电容,将晶振的振荡频率校准到10.240MHZ下,这样就可以得到准确的10KHZ基准频率。这个基准频率决定了PLL的步进频率。
Fr,Fv是输入频率和基准频率的相位误差信号,输出到LPF。它们的动作特征可以查看datasheet。
C38电容采用独石电容(或者云母电容),其他电容采用普通瓷片电容即可。
L4是红色LED,采用R17=1KΩ的电阻,是嫌LED太亮了,刺眼。
3.MC12022外围电路(前置分频器)
MC12022是前置分频器,配合MC145152的MC引脚使用。具体特性参考datasheet。
C47,C48采用独石电容(或者云母电容),其余电容采用普通瓷片电容即可。
4.MC1648外围电路(VCO)
C54,C55采用独石电容,C53采用可调的瓷介电容(5pF~50pF),其余电容采用普通瓷片电容即可。
R30是用于调整MC1648的OUT管脚输出电平的幅度,一般规律是:幅度越大,失真越大;幅度越小,失真越小。由于OUT管脚输出到MC12022,为了让MC12022能够正常识别,这里OUT管脚起码要有几百mV的幅度。
D5,D6,D7,D8是变容二极管,我使用了FV1043,变容范围:6pF~27Pf。可以采用其他变容二极管代替,注意极性别接错了(接错也是可以振荡的,但不能锁定)。它们采用头对头的连接方式,是对一些不稳定因素起到对消的作用(具体作用不知道在哪里看过,忘了)。而D5,D6并联,D7,D8并联,是用于增大变容的范围,因此可以多并联几个。其他连接方式,可以参考datasheet。
L6是空心电感线圈(直径3.5mm,圈数:12,铜线直径:0.6mm),记得采用包漆铜线绕制。这里采用空心线圈有几个原因:1.空心线圈的Q值比带磁心的线圈高。2.手头没有性能明确的磁心(性能不明确的元件不用,磁心材料种类太多了,不同材料应用的频带不同,最好别乱用,况且高频用的磁心真心不容易买到)。
R28,R29是为了测定某项参数而设定的,实际工作的PLL,需要把它们去掉。
注意:与TANK和BIAS管脚连接的元器件,布线尽量短粗。C51,C52去耦电容也要尽可能靠近VCC,这个对于其他芯片的外围电路也一样。
5.环路低通滤波器(LPF)
C42,C43去耦电容采用普通瓷片电容即可,其余电容采用独石电容。
CA3140是一款性能优异的运放,这里的运放一定要精心挑选,推荐两款:CA3140,MC33171。选择这个运放有几个很重要的性能要求:1.单电源供电。2.GDB大于1MHZ。3.电压转换速率要快。4.输入阻抗大。满足条件1,2,3的运放,寥寥无几,相当难找。
整个PLL电路中,环路滤波器的设计是关键所在,影响整个PLL系统的特性,例如:锁定速度,相位噪声,寄生频率,反馈的稳定性。电阻电容的参数必须通过理论计算,实际调整来确定。
至于电路的调试过程,LPF的参数计算,下回分解吧。吃饭去鸟~~~~
最后,送上的原版电路图截图。