单片PLL频率合成器TSA5059的特点性能及典型应用电路

1 概述

TSA5059是专门为数字卫星接收机的调谐系统设计的单片PLL频率合成器，它的工作频率可达2.7GHz，供电电压为5V±10％，电源电流为45mA。输入信号幅度（RMS）在频率为64-150MHz、150MHz-2.2GHz、2.2-2.7GHz时分别为12.6-300mV、7.1-300mv和22.4-300mV。该器件的晶振频率为4-16MHz，工作温度范围为-20-+85℃，采用SO16及SSO16两种封装形式。其引脚排列如图1所示。各引脚的功能说明如下：

1脚（CP）：电荷泵输出端，该脚可编程为四种电流值输出方式。

2脚（XTAL）：参考晶振或其它振荡器输入。

3脚（XT／COMP）：参考频率输出端，该脚在软件控制下，既可输出由晶体产生的振荡信号或其它振荡器信号，也可输出上述信号的4分频信号。

4脚（AS）：I2c总线地址选择输入，高电平有效。

5脚（SDA）、6脚（SCL）：分别为I2c总线的数据线和时钟线。

7-10脚（P3-P0）：集电极开路式I／O口，在I2c总线控制下可读入外部数据或向外输出数据。

11脚（ADC）：内部3位A／D转换器模拟信号输入端，该转换器与其它部分相对独立，通过I2c总线可读取转换结果。

12脚（Vcc）：电源端。

13脚（RFA）、14脚（RFB）：通常与压控振荡器（VCO）的输出端相连。

15脚（GND）：接地端。

16脚（VT）：调谐电压输出端，一般作为压控振荡器的控制电压。

2 工作原理

图2所示是TSA5059的内部组成框图。图中，来自于2脚的晶振或其它振荡器信号经TSA5059内部振荡器后产生相应的频率信号，该频率信号再经参考分频器分频即可产生参考频率FR。13脚、14脚的输入信号一般为压控振荡器（VCO）的输出信号，该信号在TSA5059内部经放大器进行呻鬲度放大后再经预定标器（由软件可控为分频值为1或2的分频器）和17位分频器后可产生比较信号频率Fc，把这两个信号送人数字相位比较器进行相位此较以产生相位差信号，然后将该相位差信号再经电荷泵电路处理来产生相对应的电流，该电流一路由1脚输出，另一路经33V放大器（33V AMP）后由16脚输出以控制压控振荡器的输出频率F。，从而使Fc值锁定在FR值上。这样，由于这两者仅有相位之差而无频率值之差，而且F。与Fc之间有固定的分频值，故F。是稳定的，这就是TSA5059锁相环的基本工作原理。

3 对TSA5059的控制：

对TSA5059的控制可通过I2c总线来实现。在向TSA5059写入控制数据时，可按表1所列顺序进行。其中第一个字节为地址字节，且在写入时，D7位必须为0。表1中主要字节的每位含义如下：

MAl、MA0：可编程地址位，如果一块电路板上有多个TSA5059（最多四个）由一个控制器控制，为了分别控制每一个TSA5059，其MAI、MA0应按表2所列编码并向4脚提供电压。

A：回答位。

N16-NO：17位分频器分频比N控制位，即：

N=N16 X 216+N15 X 215+.。.+ N1 X 21+NO

PE：预定标器控制位，PE=1时，预定标器分频比为2，反之为1。

R3-BO：参考分频器分频比控制位，见表3所列。

C1、CO：电荷泵电流选择位，当ClC0为00时，其电荷泵电流IcP典型值为135μA，为01时，IcP为280μA，为10时，IcP为600μA，为11时，IcP为1230μA。

XCE：XT／COMP输出允许位，该位为1时，输出被激活。

XCS：XT／COMP选择位，该位为1时，为信号输出模式，为0时为测试模式。

T2-T0：XCE=0且XCS=1时的测试模式。

P3-P1：P3-P1口输出状态。

P0：P0口输出状态，但测试模式除外。表4给出了TSA5059中XT／COMP和测试模式的具体选择说明。实际上，也可以在第一个字节后按以下几种顺序进行写操作：

（1）字节4、5、2和3；

（2）字节2、3、4和停止信号；

（3）字节4、5、2和停止信号；

（4）字节2、3和停止信号；

（5）字节2和停止信号；

（6）字节4和停止信号。

对TSA5059进行读操作可按表5的顺序进行。在读操作时，地址字节的D7位必须为1。当TSA5059的地址被确认后，TSA5059将产生应答脉冲以使第一个数据字节（状态字节）被传送在SDA线上，当第一个数据字节被读出后，假若控制器在SDA线上产生了一个应答脉冲，第二个数据字节即可被读出。而如果控制器在SDA线上产生了一个非应答脉冲，那么，数据传送将结束，此时TSA5059将释放SDA 线并使控制器产生停止状态。当把P0至P2口当作输入口时，它们必须被编程为高阻状态。

表5中各状态字节的每位含义如下：

当上电或Vcc低于2.75V时，POR标志位为1;在对TSA5059进行读操作时，如果TSA5059检测到读时序结束，那么，POR标志位为0。当环路相位被锁定时，FL=1。12、11、10位分别代表I／O口的状态。

A2、A1、A0的编码值代表了11脚的5个不同电压等级，当A2AlA0为100时， 11脚电压值为0.6Vcc-Vcc，011时为0.45Vcc-0.6Vcc，010时为0.3Vcc-0.45Vcc，001时为0.15Vcc-0.3Vcc，000时为0．-0.15Vcc。若把AFC电压接至11脚，即可通过I2c总线读出其数值的大小范围，其读出精度为±0.03 Vcc。

参考频率FR的获取是通过向表1中的第4个字节中的R3-R0写入不同的编码值来实现的，在4MHz晶振时，R3-R0在不同值时的FR值可参见表3。应当说明的是：TSA5059的3脚既可输出2脚所接的晶振频率，也可输出经参考分频器分频后的FR。

4 典型应用

TSA5059的典型应用电路如图3所示，其中33V电压作为33V放大器的电源。1脚与16脚之间所接的元件组成环路滤波器，具体元件数值应视VCO的中心频率而定。16脚的输出电压经RC低通滤波器滤波后可用于控制压控振荡器（VCO），而VCO的输出电压则送至14脚并经分频后与参考频率相比较以产生相位差信号，该相位差信号再经33V放大器放大以控制振荡频率。本电路采用的是负反馈，其最终VCO的输出频率将被锁定在预定的数值上。

另外，利用TSA5059及SLl925（卫星零IF QPSK调谐电路）、STV0299（内含QPSK、BPSK解调电路及误码校正电路）还可组成高性能数字卫星接收机的下变频器。

责任编辑：gt