超高速鉴频鉴相器AD9901
●新特器件应用
超高速鉴频鉴相器AD9901
天津大学精仪学院
宋丽梅
李刚
摘要:AD9901是美国AD I 公司生产的超高速鉴频鉴相器, 可处理高达200M Hz 信号, 既具备模拟
混频器的相位稳定性, 也具有传统鉴频鉴相器内的锁定速度。、性能及其应用。
关键词:鉴频器鉴相器锁相环AD9901
1. 概述
AD9901是美国AD I ) , 也(0℃～70℃) 芯(-55℃～+125℃
鉴相器。(PL L ) 。由于采用了特殊
的设计, AD9901不稳定相位检测区。仅需+5V 电源, 就能在T TL 或CM O S 逻辑电平下工作, 它还能在-5. 2V 的E 2CL 电平输入下工作。集电极开路的输出结构使输出摆幅达到后续电路的输入要求。通过一个电阻就可简单设置芯片的输出电流, 芯片工作在低频时可以降低功耗。
14脚D I P 和20脚L CC 、PL CC 封装。
T TL /CM O S 型的引脚(图2所示) 说明如下:GRO U ND :接地端, 尽可能靠近器件接到低阻抗地。
+V S :正电源端, 一般T TL 型芯片接+5. 0V 。B IA S :偏压输入端, 连接+V S (+5V ) 。V CO IN PU T :V CO 输入端, T TL 兼容输入,
一般连接V CO 输出信号。
O U T PU T 、O U T PU T :正向输出、反向输出。对
T TL /CM O S 型, 输出摆幅接近+3. 2V ～+5V 。
R SE T :连接外部电流设置电阻R SE T 。通过R SE T
2. 结构与引脚图
AD9901的内部结构和基本连线图如图1所
示。
电阻器的电流与输出电流最大幅值相等。对T TL 型器件, R SE T 应通过R SE T 接地。电流I S E T =0. 47V /R S E T =I L O A D (max ) 。
(a ) TLL 型(D IP 封装) (b ) ECL 型(D IP 封装)
AD9901的内部结构和基本连线图
图1
-22-
《国外电子元器件》1999年第6期1999年6月
(a ) T TL 电平的D IP 封装b ) 图
2AD9901
R EF ER EN C E IN PU T :参考输入端, T TL 平输入, 一般接参考输入信号。
ECL -V S :B IA S :, -5. 2V 。
V CO IN T PU I :V CO 差分反相输入端, , 一
鉴相器是PL L 三种基本元件之一; 另两个为滤波器和压控振荡器。PL L 基本系统如图3所示。鉴相器的功能是当输出偏离参考输入信号频率时产生用于调整振荡器频率的误差信号。实现鉴相器的一般的方法是用模拟混频数字鉴相器(异或门) 。
AD9901是数字鉴相器。如图4所示, 采用正逻
般连接V CO 输出信号。
V CO IN PU T :V CO 差分同相输入端, , 一般
连接V CO 输出信号。
O U T PU T :正向输出, 对ECL 型芯片, 输出摆
幅接近0V ～-1. 8V 。
GRO U ND :AD9901接地端, 尽可能靠近器件
接到低阻抗地。
R SE T :连接外部电流设置电阻R SE T 。通过R SE T 电阻器的电流与输出电流最大幅值相等。对ECL 型器件, R SE T 应通过R SE T 接-V S 。电流I S E T =0. 47V /R ES T =/I L O A D (max ) 。
O U T PU T :反向输出。对ECL /CM O S 型, 输出摆幅接近0V ～-1. 8V 。
R EF ER EN C E IN PU T :参考信号输入端, E 2CL 电平输入, 一般接参考输入信号。
R EF ER EN C E IN PU T :反向参考信号输入
图3标准锁相环系统
辑, 主要元件包括四个D 触发器, 一个异或门(XO R )
和一些输出逻辑电路。电路以两种不同的方式工作:线性鉴相器和鉴频器。当参考和振荡器频率十分接近时, 只有鉴相器电路有效。如果两个信号频率相差很大时, 鉴频器取代鉴相器, 驱动振荡器频率跟踪参考频率。
AD9901的输入信号是脉冲串, 输出正比于振荡器和参考输入的相位差。图5表示输入输出关系锁定状态。输出脉冲串经低通滤波输出为直流平均值K Φ(ΦI -ΦO ) , K Φ是比例常数(相位增益) 。
端, ECL 电平输入, 一般接参考输入信号。
AD9901的工作条件及主要电气参数如表1和表2所列。
在锁定状态时(图5) , 只有两个输入触发器和异或门(鉴相器电路) 有效。输入触发器将参考信号和振荡器输出信号通分频。这使得异或门的输入为方波, 与被比较频率的工作周期无关。二分频也把线性区移
到两边, 而不象传统鉴相器那样在锁定区。
当两方波加在XO R 门上, 如果参考和振荡器输入相位差180度, 输出信号的占空比为50%; 在这种情况下,AD9901工作在锁定状态。输入信号之间的任何相位关系都会引起输出信号占空比的变化(如图6所示) 。
当接近锁定区时,AD9901的输出信号占空比与
图4AD9901的功能框图
图5AD9901工作在锁定时的波形图
-24-
《国外电子元器件》1999年第6期1999年6月
性范围内, 器件又工作成了鉴相器。把鉴频和鉴相合
起来便使锁定区变成非线性区。
4. AD9901的应用
设计应用AD9901的PL L 电路的第一步是给出V CO 传递函数(如图7所示) , 然后, 检验工作频。在这个例子中, 1. ～2. 100M Hz 到的输出摆幅-, , 环路滤波器后跟随一。
8所示为采用AD9901的PL L 电路, 图中, 由两个电阻器和一个钽电容器组成一个简单的无源RC 低通滤波器, 没有使用昂贵的高速运算放大器设计的有源滤波器, 在这个无源二阶滤波器中, n =2, 阻尼因子由下式给出。
1/2
δ=0. 5[Ko K d /n (τ1+τ2) ]
[τ2+(n /Ko K d ) ]
τ式中τ1和2分别为低通滤波器的时间常数R 1C
图7
压控振荡器的转移曲线
图6AD9901
的相位增益
两种输入信号间相位差成比例。转移函数可表示为
ΦI -ΦO ) , K K Φ(Φ等于AD9901允许输出电压范围除π。对幅值为1. 8V 的典型输出, 转移函数表示为以2
(1. 8V/2π=0. 285V /r a d ) 。图7给出了AD9901输入相位差与输出的直流平均值间的关系。
必须说明的是随着频率的增加, 线性工作范围也增加了。在检测范围的两端, 参考信号和振荡器的输出信号相位接近, 在这一区域内, 鉴相器的摆速增加了其相位增益, 通常增加线3. 6ns 线性检测范围, 因此, 典型的检测范围可用[(1/F -3. 6ns ) /(1/F ) ]×360°来计算。如, 在200M Hz 时, 线性鉴相范围为±50°。
当脱离锁定时, AD9901成了鉴频器。此时任何时候参考信号脉冲都比振荡器的输出多发生两次, 由于高频和低频触发器输出逻辑低电平, 这可使XO R 门的输出合适的电平, 以使振荡器接近参考频率。一旦频率落在线
和R 2C 。反相放大器增益为2, 与鉴相器增益一起得到:K d =0. 572V/rad 和Ko =115. 2M r a d/s/V ,
-4
τ, 2等于3. 11×10, 阻尼因子为0. 7。1等于1. 715s τ
Ω(R 1) , 160k Ω(R 2) 和各元件参数分别为:30
10μF (C ) 。RC 滤波器的增益为
V o/V I =(1+s R 2C ) /[1+s (R 1+R 2) C ]
这里Ko K d µωn , 系统的自然频率为
1/2
ωn =[Ko K d /n (τ=4. 5k Hz 1+τ2) ]
如感兴趣请联系:029-8483659
咨询编号:990606
图8采用
AD9901的PLL 电路
超高速鉴频鉴相器AD9901
●新特器件应用
超高速鉴频鉴相器AD9901
天津大学精仪学院
宋丽梅
李刚
摘要:AD9901是美国AD I 公司生产的超高速鉴频鉴相器, 可处理高达200M Hz 信号, 既具备模拟
混频器的相位稳定性, 也具有传统鉴频鉴相器内的锁定速度。、性能及其应用。
关键词:鉴频器鉴相器锁相环AD9901
1. 概述
AD9901是美国AD I ) , 也(0℃～70℃) 芯(-55℃～+125℃
鉴相器。(PL L ) 。由于采用了特殊
的设计, AD9901不稳定相位检测区。仅需+5V 电源, 就能在T TL 或CM O S 逻辑电平下工作, 它还能在-5. 2V 的E 2CL 电平输入下工作。集电极开路的输出结构使输出摆幅达到后续电路的输入要求。通过一个电阻就可简单设置芯片的输出电流, 芯片工作在低频时可以降低功耗。
14脚D I P 和20脚L CC 、PL CC 封装。
T TL /CM O S 型的引脚(图2所示) 说明如下:GRO U ND :接地端, 尽可能靠近器件接到低阻抗地。
+V S :正电源端, 一般T TL 型芯片接+5. 0V 。B IA S :偏压输入端, 连接+V S (+5V ) 。V CO IN PU T :V CO 输入端, T TL 兼容输入,
一般连接V CO 输出信号。
O U T PU T 、O U T PU T :正向输出、反向输出。对
T TL /CM O S 型, 输出摆幅接近+3. 2V ～+5V 。
R SE T :连接外部电流设置电阻R SE T 。通过R SE T
2. 结构与引脚图
AD9901的内部结构和基本连线图如图1所
示。
电阻器的电流与输出电流最大幅值相等。对T TL 型器件, R SE T 应通过R SE T 接地。电流I S E T =0. 47V /R S E T =I L O A D (max ) 。
(a ) TLL 型(D IP 封装) (b ) ECL 型(D IP 封装)
AD9901的内部结构和基本连线图
图1
-22-
《国外电子元器件》1999年第6期1999年6月
(a ) T TL 电平的D IP 封装b ) 图
2AD9901
R EF ER EN C E IN PU T :参考输入端, T TL 平输入, 一般接参考输入信号。
ECL -V S :B IA S :, -5. 2V 。
V CO IN T PU I :V CO 差分反相输入端, , 一
鉴相器是PL L 三种基本元件之一; 另两个为滤波器和压控振荡器。PL L 基本系统如图3所示。鉴相器的功能是当输出偏离参考输入信号频率时产生用于调整振荡器频率的误差信号。实现鉴相器的一般的方法是用模拟混频数字鉴相器(异或门) 。
AD9901是数字鉴相器。如图4所示, 采用正逻
般连接V CO 输出信号。
V CO IN PU T :V CO 差分同相输入端, , 一般
连接V CO 输出信号。
O U T PU T :正向输出, 对ECL 型芯片, 输出摆
幅接近0V ～-1. 8V 。
GRO U ND :AD9901接地端, 尽可能靠近器件
接到低阻抗地。
R SE T :连接外部电流设置电阻R SE T 。通过R SE T 电阻器的电流与输出电流最大幅值相等。对ECL 型器件, R SE T 应通过R SE T 接-V S 。电流I S E T =0. 47V /R ES T =/I L O A D (max ) 。
O U T PU T :反向输出。对ECL /CM O S 型, 输出摆幅接近0V ～-1. 8V 。
R EF ER EN C E IN PU T :参考信号输入端, E 2CL 电平输入, 一般接参考输入信号。
R EF ER EN C E IN PU T :反向参考信号输入
图3标准锁相环系统
辑, 主要元件包括四个D 触发器, 一个异或门(XO R )
和一些输出逻辑电路。电路以两种不同的方式工作:线性鉴相器和鉴频器。当参考和振荡器频率十分接近时, 只有鉴相器电路有效。如果两个信号频率相差很大时, 鉴频器取代鉴相器, 驱动振荡器频率跟踪参考频率。
AD9901的输入信号是脉冲串, 输出正比于振荡器和参考输入的相位差。图5表示输入输出关系锁定状态。输出脉冲串经低通滤波输出为直流平均值K Φ(ΦI -ΦO ) , K Φ是比例常数(相位增益) 。
端, ECL 电平输入, 一般接参考输入信号。
AD9901的工作条件及主要电气参数如表1和表2所列。
在锁定状态时(图5) , 只有两个输入触发器和异或门(鉴相器电路) 有效。输入触发器将参考信号和振荡器输出信号通分频。这使得异或门的输入为方波, 与被比较频率的工作周期无关。二分频也把线性区移
到两边, 而不象传统鉴相器那样在锁定区。
当两方波加在XO R 门上, 如果参考和振荡器输入相位差180度, 输出信号的占空比为50%; 在这种情况下,AD9901工作在锁定状态。输入信号之间的任何相位关系都会引起输出信号占空比的变化(如图6所示) 。
当接近锁定区时,AD9901的输出信号占空比与
图4AD9901的功能框图
图5AD9901工作在锁定时的波形图
-24-
《国外电子元器件》1999年第6期1999年6月
性范围内, 器件又工作成了鉴相器。把鉴频和鉴相合
起来便使锁定区变成非线性区。
4. AD9901的应用
设计应用AD9901的PL L 电路的第一步是给出V CO 传递函数(如图7所示) , 然后, 检验工作频。在这个例子中, 1. ～2. 100M Hz 到的输出摆幅-, , 环路滤波器后跟随一。
8所示为采用AD9901的PL L 电路, 图中, 由两个电阻器和一个钽电容器组成一个简单的无源RC 低通滤波器, 没有使用昂贵的高速运算放大器设计的有源滤波器, 在这个无源二阶滤波器中, n =2, 阻尼因子由下式给出。
1/2
δ=0. 5[Ko K d /n (τ1+τ2) ]
[τ2+(n /Ko K d ) ]
τ式中τ1和2分别为低通滤波器的时间常数R 1C
图7
压控振荡器的转移曲线
图6AD9901
的相位增益
两种输入信号间相位差成比例。转移函数可表示为
ΦI -ΦO ) , K K Φ(Φ等于AD9901允许输出电压范围除π。对幅值为1. 8V 的典型输出, 转移函数表示为以2
(1. 8V/2π=0. 285V /r a d ) 。图7给出了AD9901输入相位差与输出的直流平均值间的关系。
必须说明的是随着频率的增加, 线性工作范围也增加了。在检测范围的两端, 参考信号和振荡器的输出信号相位接近, 在这一区域内, 鉴相器的摆速增加了其相位增益, 通常增加线3. 6ns 线性检测范围, 因此, 典型的检测范围可用[(1/F -3. 6ns ) /(1/F ) ]×360°来计算。如, 在200M Hz 时, 线性鉴相范围为±50°。
当脱离锁定时, AD9901成了鉴频器。此时任何时候参考信号脉冲都比振荡器的输出多发生两次, 由于高频和低频触发器输出逻辑低电平, 这可使XO R 门的输出合适的电平, 以使振荡器接近参考频率。一旦频率落在线
和R 2C 。反相放大器增益为2, 与鉴相器增益一起得到:K d =0. 572V/rad 和Ko =115. 2M r a d/s/V ,
-4
τ, 2等于3. 11×10, 阻尼因子为0. 7。1等于1. 715s τ
Ω(R 1) , 160k Ω(R 2) 和各元件参数分别为:30
10μF (C ) 。RC 滤波器的增益为
V o/V I =(1+s R 2C ) /[1+s (R 1+R 2) C ]
这里Ko K d µωn , 系统的自然频率为
1/2
ωn =[Ko K d /n (τ=4. 5k Hz 1+τ2) ]
如感兴趣请联系:029-8483659
咨询编号:990606
图8采用
AD9901的PLL 电路