介紹在雙模式（模擬放大器和數(shù)字 TDMA）蜂窩電話中設(shè)置 PLL 分頻器值的方法。概述了IS-136雙模電話頻率計(jì)劃，使用119.64MHz的第一中頻和455kHz的放大器中頻。需要在PLL鑒相器頻率、環(huán)路帶寬和雜散輸出之間進(jìn)行權(quán)衡。蠻力解決方案必須切換回路濾波器組件以控制穩(wěn)定性。AMPS 模式下的 50Hz 誤差允許 PLL 使用相同的濾波器組件。

介紹

美國(guó)最初的蜂窩電話系統(tǒng)基于模擬頻率調(diào)制（FM）技術(shù)，稱為高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS）。許多電話仍然試圖支持舊標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)。當(dāng)基帶處理器和RF（射頻）收發(fā)器專為這種支持而設(shè)計(jì)時(shí)，這并不是一個(gè)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。一些現(xiàn)代基帶處理器選擇放棄AMPS支持，迫使電話聽筒設(shè)計(jì)工程師“嫁接”AMPS模擬實(shí)現(xiàn)所需的電路。本應(yīng)用筆記介紹了支持時(shí)分多址（TDMA）IS-136數(shù)字模式和模擬AMPS模式的蜂窩電話聽筒的典型頻率規(guī)劃。給出了一種選擇鎖相環(huán)（PLL）分頻器值的方法，以保持第二本振（LO）的快速響應(yīng)時(shí)間。使用2.19MHz的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）、44.119MHz的第一IF（中頻）和64kHz的AMPS IF，可以在數(shù)字和模擬模式下以~455kHz的頻率操作第二LO相位鑒相器。提供了一個(gè) Mathcad 工作表，可以輕松修改以支持其他 2st IF 和 TCXO。

圖1顯示了同時(shí)支持IS-136 TDMA和AMPS操作的典型手機(jī)的部分框圖。前端是MAX2338和所需的RF濾波。第一個(gè)LO驅(qū)動(dòng)RF混頻器，由以TCXO為基準(zhǔn)的鎖相環(huán)控制。MAX1的輸出為2338.119MHz的IF，通過(guò)差分IF濾波器傳送至IF處理電路。數(shù)字中頻由MAX64 RXIF實(shí)現(xiàn)。該 IC 包含正交解調(diào)器，可將 IF 混頻至基帶 I 和 Q 輸出。MAX2309還包含實(shí)現(xiàn)無(wú)線電第二LO所需的PLL和壓控振蕩器（VCO）。PLL通過(guò)大多數(shù)工程師熟悉的三線串行總線進(jìn)行編程。反饋和基準(zhǔn)分頻器實(shí)際上是寄存器對(duì)。這允許在系統(tǒng)初始化時(shí)加載一次數(shù)字模式操作和模擬（FM-AMPS）操作的分頻器值，然后很容易選擇正確的寄存器對(duì)來(lái)更改PLL模式。

圖1.用于 TDMA 的雙模接收器，支持模擬放大器。

在所討論的系統(tǒng)中，基帶處理器沒有適當(dāng)?shù)闹С謥?lái)允許AMPS FM信號(hào)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。增加了一個(gè)小的FM IF部分，使用常見的455kHz IF濾波器，這些濾波器成本低且隨時(shí)可用。MAX1借用MAX119將64.455MHz的第一中頻混頻至2309kHz所需的LO。這是可能的，因?yàn)楫?dāng)手機(jī)處于AMPS模式時(shí)，數(shù)字處理不需要I/Q輸出。

用于數(shù)字模式的第二個(gè)LO

允許TDMA數(shù)字操作的第二個(gè)LO需要為2.119MHz。這恰好將IF混合到基帶，以實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。然后，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）接管并完成所需的錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正等。MAX64中產(chǎn)生第2309個(gè)LO的VCO需要運(yùn)行兩倍于所需頻率，因?yàn)閮?nèi)部分頻為2。此除以 2 通過(guò)以下方式提高了性能：

將 VCO 移離第一個(gè) IF。

更準(zhǔn)確地獲得 50% 占空比。

簡(jiǎn)化正交解調(diào)器中的 90 度電路。

為了產(chǎn)生用于TDMA操作的第二個(gè)LO，需要對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行編程，使其能夠以2.239MHz的頻率運(yùn)行VCO。為此存在多個(gè)解決方案集：

R = 486， M = 5982 fREF（鑒相器工作速率） = 19.44MHz/486 = 40kHz

R = 243， M = 2991 fREF= 80kHz

上面針對(duì)第二LO數(shù)字模式提出的兩種解決方案似乎都是可以接受的，因?yàn)殍b相器的速率足夠高。這允許給定的環(huán)路濾波器將比較雜散產(chǎn)物降低到可接受的低電平，同時(shí)仍具有足夠?qū)挼腜LL帶寬，以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和良好的噪聲抑制。

放大器的第二個(gè)LO

如果不小心，AMPS IF的第二個(gè)LO可能會(huì)增加復(fù)雜性。使用傳統(tǒng)整數(shù)值生成第二個(gè)LO的直接方法如下：

記下所需的 LO。此處給出的示例中為 120.095MHz。

調(diào)整LO頻率以考慮除以2的功能。VCO = 240.19MHz

注意VCO頻率中最后一個(gè)數(shù)字的位置。VCO 由 10kHz 位置的最后一位數(shù)字指定。這是鑒相器比較速率的候選者，f裁判= 10kHz?？赡苓€有其他解決方案，但通常目視檢查不足以識(shí)別這些其他速率。

確認(rèn)時(shí)基 TCXO 是 f 的整數(shù)倍裁判10kHz = 1944

計(jì)算參考分頻器 R 的值。1944 從步驟 #4。

計(jì)算反饋分頻器 M 的值。240.19MHz / 10kHz = 24，019。

看起來(lái)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，但請(qǐng)考慮在AMPS模式和TDMA模式之間切換的問題。鑒相器速率將在10kHz至40kHz之間變化。在改變模式時(shí)，環(huán)路濾波器可能需要改變時(shí)間常數(shù)，這將增加一些額外的電路。更不用說(shuō) AMPS 和 TDMA 模式之間的鎖定時(shí)間和噪聲特性會(huì)有所不同。如果兩種模式之間的比較頻率足夠接近，濾波器元件可以服務(wù)于任一模式，從而避免了對(duì)開關(guān)元件的需求，那么這將是一個(gè)改進(jìn)的設(shè)計(jì)。這是一項(xiàng)崇高的事業(yè)，但大多數(shù)時(shí)候都不是微不足道的。我們需要為 R 和 M 找到其他整數(shù)值，以產(chǎn)生所需的輸出頻率。使用計(jì)算器幾分鐘通常會(huì)說(shuō)服工程師，找到這些其他整數(shù)除法值可能需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)！

電腦來(lái)救援！

生成第二個(gè)LO的硬件配置為僅支持整數(shù)值。（在我們獲得分?jǐn)?shù)PLL之前，我們必須找到另一種方法來(lái)解決這個(gè)問題。這意味著我們可以生成的頻率是“量化的”，分頻器設(shè)置的微小變化可能會(huì)使輸出頻率跳躍到所需值以上。計(jì)算機(jī)可以輕松搜索所需的寄存器設(shè)置，但不能保證它會(huì)找到解決方案。我們必須在這一點(diǎn)上改變規(guī)則，以便取得進(jìn)展。

無(wú)線電工程師傳統(tǒng)上一直試圖精確地達(dá)到LO頻率。在AMPs接收器中，我們真的需要將第二個(gè)LO精確地放在頻率上嗎？稍加思考，就可以得出結(jié)論，由于鑒別器的操作和第二個(gè)IF濾波器的帶寬，應(yīng)該優(yōu)雅地容忍第二個(gè)LO中的少量誤差。第二個(gè)LO必須足夠接近，以使信號(hào)通過(guò)IF濾波器進(jìn)入解調(diào)器。頻率向上或向下移動(dòng)少量的事實(shí)應(yīng)該不會(huì)造成嚴(yán)重的問題。這就是我們將要做的，以幫助找到第二個(gè)LO PLL設(shè)置的其他解決方案。附錄中包含的 Mathcad 工作表用于搜索此問題的解決方案，使用第二個(gè) LO 可以容忍 2Hz 誤差的約束。

結(jié)果

將需要 45 萬(wàn)次嘗試。我試圖使用微軟的Excel電子表格來(lái)做到這一點(diǎn)，它甚至無(wú)法處理足夠大的工作表來(lái)測(cè)試這個(gè)想法。然后將問題縮減到一個(gè)子集，電子表格在 79 分鐘后仍然有效！

有一句古老的格言說(shuō)，最好的優(yōu)化器是“你耳朵之間的那個(gè)”1.很明顯，人們不需要詳盡地搜索。對(duì)于 R 的每個(gè)值，只有一個(gè)（可能是兩個(gè)？M 值，對(duì)測(cè)試有意義。Mathcad 工作表遵循此方法。參考分頻器值 R 的范圍可以從最小值到最大值。對(duì)于每個(gè)都計(jì)算適當(dāng)?shù)腗值并將其轉(zhuǎn)換為整數(shù)。PLL的輸出使用R和M計(jì)算。將此輸出與目標(biāo)值240.19MHz進(jìn)行比較。計(jì)算誤差并將其與50Hz的允許誤差預(yù)算進(jìn)行比較。構(gòu)建的 R 值向量?jī)H由滿足誤差預(yù)算的 R 值組成。該矢量被繪制成圖形，以便對(duì)結(jié)果進(jìn)行目視檢查。然后通過(guò)快速試驗(yàn)和錯(cuò)誤找到確切的 R 值，使用圖表作為在哪里搜索正確 R 值的指南。很快發(fā)現(xiàn)六個(gè) R 值有效。（我們只對(duì)產(chǎn)生接近40kHz或80kHz的鑒相器速率的產(chǎn)品感興趣。

R = 422，M = 5214 時(shí)，輸出頻率為：19.44MHz × （5214/422） = 240.189952607 誤差 ~ 47Hz

鑒相器的工作頻率為~46kHz，在數(shù)字模式下，該頻率足夠接近40kHz，允許在兩種模式下使用相同的環(huán)路濾波器。