單片PLL頻率合成器TSA5059的特點性能及典型應用電路

1 概述

TSA5059是專門為數(shù)字衛(wèi)星接收機的調(diào)諧系統(tǒng)設計的單片PLL頻率合成器，它的工作頻率可達2.7GHz，供電電壓為5V±10％，電源電流為45mA。輸入信號幅度（RMS）在頻率為64-150MHz、150MHz-2.2GHz、2.2-2.7GHz時分別為12.6-300mV、7.1-300mv和22.4-300mV。該器件的晶振頻率為4-16MHz，工作溫度范圍為-20-+85℃，采用SO16及SSO16兩種封裝形式。其引腳排列如圖1所示。各引腳的功能說明如下：

1腳（CP）：電荷泵輸出端，該腳可編程為四種電流值輸出方式。

2腳（XTAL）：參考晶振或其它振蕩器輸入。

3腳（XT／COMP）：參考頻率輸出端，該腳在軟件控制下，既可輸出由晶體產(chǎn)生的振蕩信號或其它振蕩器信號，也可輸出上述信號的4分頻信號。

4腳（AS）：I2c總線地址選擇輸入，高電平有效。

5腳（SDA）、6腳（SCL）：分別為I2c總線的數(shù)據(jù)線和時鐘線。

7-10腳（P3-P0）：集電極開路式I／O口，在I2c總線控制下可讀入外部數(shù)據(jù)或向外輸出數(shù)據(jù)。

11腳（ADC）：內(nèi)部3位A／D轉(zhuǎn)換器模擬信號輸入端，該轉(zhuǎn)換器與其它部分相對獨立，通過I2c總線可讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

12腳（Vcc）：電源端。

13腳（RFA）、14腳（RFB）：通常與壓控振蕩器（VCO）的輸出端相連。

15腳（GND）：接地端。

16腳（VT）：調(diào)諧電壓輸出端，一般作為壓控振蕩器的控制電壓。

2 工作原理

圖2所示是TSA5059的內(nèi)部組成框圖。圖中，來自于2腳的晶振或其它振蕩器信號經(jīng)TSA5059內(nèi)部振蕩器后產(chǎn)生相應的頻率信號，該頻率信號再經(jīng)參考分頻器分頻即可產(chǎn)生參考頻率FR。13腳、14腳的輸入信號一般為壓控振蕩器（VCO）的輸出信號，該信號在TSA5059內(nèi)部經(jīng)放大器進行呻鬲度放大后再經(jīng)預定標器（由軟件可控為分頻值為1或2的分頻器）和17位分頻器后可產(chǎn)生比較信號頻率Fc，把這兩個信號送人數(shù)字相位比較器進行相位此較以產(chǎn)生相位差信號，然后將該相位差信號再經(jīng)電荷泵電路處理來產(chǎn)生相對應的電流，該電流一路由1腳輸出，另一路經(jīng)33V放大器（33V AMP）后由16腳輸出以控制壓控振蕩器的輸出頻率F。，從而使Fc值鎖定在FR值上。這樣，由于這兩者僅有相位之差而無頻率值之差，而且F。與Fc之間有固定的分頻值，故F。是穩(wěn)定的，這就是TSA5059鎖相環(huán)的基本工作原理。

3 對TSA5059的控制：

對TSA5059的控制可通過I2c總線來實現(xiàn)。在向TSA5059寫入控制數(shù)據(jù)時，可按表1所列順序進行。其中第一個字節(jié)為地址字節(jié)，且在寫入時，D7位必須為0。表1中主要字節(jié)的每位含義如下：

MAl、MA0：可編程地址位，如果一塊電路板上有多個TSA5059（最多四個）由一個控制器控制，為了分別控制每一個TSA5059，其MAI、MA0應按表2所列編碼并向4腳提供電壓。

A：回答位。

N16-NO：17位分頻器分頻比N控制位，即：

N=N16 X 216+N15 X 215+.。.+ N1 X 21+NO

PE：預定標器控制位，PE=1時，預定標器分頻比為2，反之為1。

R3-BO：參考分頻器分頻比控制位，見表3所列。

C1、CO：電荷泵電流選擇位，當ClC0為00時，其電荷泵電流IcP典型值為135μA，為01時，IcP為280μA，為10時，IcP為600μA，為11時，IcP為1230μA。

XCE：XT／COMP輸出允許位，該位為1時，輸出被激活。

XCS：XT／COMP選擇位，該位為1時，為信號輸出模式，為0時為測試模式。

T2-T0：XCE=0且XCS=1時的測試模式。

P3-P1：P3-P1口輸出狀態(tài)。

P0：P0口輸出狀態(tài)，但測試模式除外。表4給出了TSA5059中XT／COMP和測試模式的具體選擇說明。實際上，也可以在第一個字節(jié)后按以下幾種順序進行寫操作：

（1）字節(jié)4、5、2和3；

（2）字節(jié)2、3、4和停止信號；

（3）字節(jié)4、5、2和停止信號；

（4）字節(jié)2、3和停止信號；

（5）字節(jié)2和停止信號；

（6）字節(jié)4和停止信號。

對TSA5059進行讀操作可按表5的順序進行。在讀操作時，地址字節(jié)的D7位必須為1。當TSA5059的地址被確認后，TSA5059將產(chǎn)生應答脈沖以使第一個數(shù)據(jù)字節(jié)（狀態(tài)字節(jié)）被傳送在SDA線上，當?shù)谝粋€數(shù)據(jù)字節(jié)被讀出后，假若控制器在SDA線上產(chǎn)生了一個應答脈沖，第二個數(shù)據(jù)字節(jié)即可被讀出。而如果控制器在SDA線上產(chǎn)生了一個非應答脈沖，那么，數(shù)據(jù)傳送將結(jié)束，此時TSA5059將釋放SDA 線并使控制器產(chǎn)生停止狀態(tài)。當把P0至P2口當作輸入口時，它們必須被編程為高阻狀態(tài)。

表5中各狀態(tài)字節(jié)的每位含義如下：

當上電或Vcc低于2.75V時，POR標志位為1;在對TSA5059進行讀操作時，如果TSA5059檢測到讀時序結(jié)束，那么，POR標志位為0。當環(huán)路相位被鎖定時，F(xiàn)L=1。12、11、10位分別代表I／O口的狀態(tài)。

A2、A1、A0的編碼值代表了11腳的5個不同電壓等級，當A2AlA0為100時， 11腳電壓值為0.6Vcc-Vcc，011時為0.45Vcc-0.6Vcc，010時為0.3Vcc-0.45Vcc，001時為0.15Vcc-0.3Vcc，000時為0．-0.15Vcc。若把AFC電壓接至11腳，即可通過I2c總線讀出其數(shù)值的大小范圍，其讀出精度為±0.03 Vcc。

參考頻率FR的獲取是通過向表1中的第4個字節(jié)中的R3-R0寫入不同的編碼值來實現(xiàn)的，在4MHz晶振時，R3-R0在不同值時的FR值可參見表3。應當說明的是：TSA5059的3腳既可輸出2腳所接的晶振頻率，也可輸出經(jīng)參考分頻器分頻后的FR。

4 典型應用

TSA5059的典型應用電路如圖3所示，其中33V電壓作為33V放大器的電源。1腳與16腳之間所接的元件組成環(huán)路濾波器，具體元件數(shù)值應視VCO的中心頻率而定。16腳的輸出電壓經(jīng)RC低通濾波器濾波后可用于控制壓控振蕩器（VCO），而VCO的輸出電壓則送至14腳并經(jīng)分頻后與參考頻率相比較以產(chǎn)生相位差信號，該相位差信號再經(jīng)33V放大器放大以控制振蕩頻率。本電路采用的是負反饋，其最終VCO的輸出頻率將被鎖定在預定的數(shù)值上。

另外，利用TSA5059及SLl925（衛(wèi)星零IF QPSK調(diào)諧電路）、STV0299（內(nèi)含QPSK、BPSK解調(diào)電路及誤碼校正電路）還可組成高性能數(shù)字衛(wèi)星接收機的下變頻器。

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