LC72131, LC72131M - PLL синтезатор частоты AM/FM |
Добавил(а) microsin | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Перевод даташита Sanyo на микросхему LC72131, LC72131M. [Обзор] Микросхемы LC72131 и LC72131M являются синтезаторами частоты с применением PLL (Phase Locked Loop, ФАПЧ, ФАзовая Подстройка Частоты) для использования в тюнерах переносных магнитол и приемников. С помощью этих микросхем легко реализуются быстродействующие тюнеры AM/FM. [Функциональное описание] 1. Высокоскоростные программируемые делители: [Назначение выводов]
[Методы последовательного обмена данными] Обмен данными с микросхемой LC72131 происходит по протоколу Sanyo CCB (computer control bus), или последовательная шина аудио LSI. Всего используется 3 режима передачи - IN1 (адрес 0x82), IN2 (адрес 0x92), OUT (адрес 0xA2). Адрес задается битами B0..B3, A0..A3.
[Структура DI Control Data (последовательный ввод данных)] режим IN1 режим IN2 [Назначение бит данных DI] 1. Данные для программируемого делителя P0..P15, биты DVS, SNS. Биты P0..P15 предназначены для программирования коэффициента деления делителя частоты. Бит P15 является старшим (MSB). Назначение младших бит (LSB) зависит от состояния бит DVS и SNS (* звездочка означает, что в этом случае состояние бита не играет роли).
Замечание: состояние бит P0..P3 игнорируется, когда младшим битом (LSB) является бит P4. Кроме влияния на коэффициент деления, биты DVS и SNS влияют на выбор входа делителя частоты (AMIN или FMIN) и рабочий диапазон частот.
2. Делитель для генератора опорной частоты, биты R0..R3. Бит выбора частоты кварцевого резонатора XS. В биты R0..R3 записываются данные для выбора опорной частоты (fref). Опорная частота определяет шаг перестройки синтезатора частоты. Т. е., например, для магнитолы RX-ES20 в диапазоне FM (87.5..108 МГц) применяется fref = 25 кГц, что означает шаг перестройки частоты 50 кГц (так как включен дополнительный предделитель на 2), а в диапазоне AM (522..1629 кГц) применяется fref = 9 кГц, что означает шаг перестройки частоты 9 кГц.
Замечание:запрет PLL блокирует делитель частоты и счетчик IF (частотомер), при этом ножки FMIN, AMIN, IFIN устанавливаются в pull-down состояние (подтяжка к земле), и ножка накачки заряда фазового детектора PD переходит в состояние высокого сопротивления (отключенное состояние). Бит XS выбирает тактовую частоту используемого кварцевого резонатора. Если XS=0, то нужно использовать кварц на 4.5 МГц, а если XS=1, то нужен кварц на 7.2 МГц. По умолчанию после включения питания выбрана частота кварца 7.2 МГц. 3. Данные для настройки и запуска частотомера IF - биты CTE, GT0, GT1. См. также IFS. Бит CTE нужен для запуска частотомера. Если CTE=1, то счетчик частотомера запускает счет, если CTE=0, то счетчик сбрасывается. Биты GT0 и GT1 определяют период измерения счетчика IF.
Для подробной информации см. "Структура счетчика IF". 4. Режим работы портов ввода/вывода ~IO1 и ~IO2, биты IOC1 и IOC2. Запись в эти биты 0 переключают соответствующий порт в режим ввода, запись 1 - в режим вывода. По умолчанию, после включения питания эти порты работают как входы. 5. Данные для выходных портов, биты BO1..BO4, IO1, IO2. См. также IOC1, IOC2. В этих битах содержатся данные, которые определяют состояние выходного порта. Если в бит записан 0, то соответствующий выход порта разомкнут (ключ не проводит ток), а если записан 1, но на выходе низкий уровень (ключ проводит ток). По умолчанию, после включения питания в эти биты записан 0 (все выходные ключи в разомкнутом состоянии). 6. Биты DOC0, DOC1, DOC2 для управления поведением вывода DO. См. также UL0, UL1, CTE, IOC1, IOC2.
Как работает сигнал end-UC (проверка завершения счета счетчика IF в частотомере): (1) когда сигнал end-UC установлен, и счетчик IF начал счет (например, при изменении бита CTE из 0 в 1), ножка DO автоматически переходит в состояние разомкнуто. Внимание! Состояние ножки DO будет разомкнуто во время ввода последовательных данных (в режимах IN1 или IN2 при состоянии CE в лог. 1), независимо от состояния управляющих данных DOC0..DOC2. Также ножка DO во время вывода данных (режим OUT при состоянии CE в лог. 1) будет предоставлять внутренние данные в соответствии с синхронизацией по ножке CL, независимо от состояния управляющих данных DOC0..DOC2. 7. Данные детектирования рассинхронизации (unlock detection) UL0, UL1. См. также DOC0, DOC1, DOC2. Эти биты выбирают длительность детектирования ошибки фазы (fiE) для проверки захвата PLL. Фазовая ошибка свыше указанной ширины детектирования рассматривается как состояние рассинхронизации.
В состоянии рассинхронизации ножка DO переходит в лог. 0 и бит UL в потоке выводимых данных становится в лог. 0. 8. Управляющие данные для компаратора фазы - биты DZ0, DZ1. Эти биты управляют мертвой зоной фазового компаратора.
Ширина мертвой зоны DZA < DZB < DZC < DZD 9. Вывод опорной частоты 8 Гц - бит TBC (Time Base Clock). См. также BO1. Если установить бит TBC в лог. 1, то на выходе ~BO1 появляется сигнал 8 Гц (частота вырабатывается от кварца) с коэффициентом заполнения 40%. В этом режиме состояние бита BO1 не играет никакого значения. 10. Управление выходом накачки заряда PD - бит DLC (DeadLock Clean). Если DLC=0, то выход накачки работает как обычно, если DLC=1, то на выходе лог. 0. Если возникает мертвая блокировка (deadlock), например по причине понижения до нуля управляющего напряжения VCO (Vtune) и остановки генератора VCO, deadlock может быть сброшен путем принудительного перевода выхода накачки заряда в состояние низкого уровня и установки Vtune на уровень VCC (это узел очистки deadlock). 11. Управление счетчиком IF (частотомер) - бит IFS. В нормальном состоянии этот бит должен быть установлен в 1. Если установить IFS в 0, то система переходит в режим уменьшения чувствительности, и чувствительность снижается с 10 до 300 mVrms. См. подробнее "IF Counter Operation". 12. Тестовые данные LSI - биты TEST0..TEST3. Все биты TEST0..TEST3 должны быть установлены в 0. Эти биты устанавливаются автоматически в 0 после включения питания. 13. Не используемый бит DNC, его состояние должно быть установлено в 0. [Структура DO Output Data (последовательный вывод данных)] режим OUT 1. Данные состояния портов ввода/вывода - биты I1, I2. См. также IOC1, IOC2. Состояние этих бит защелкивается с состояния ножек IO1 и IO2 портов ввода/вывода. Величины бит I1 и I2 повторяют состояние уровня на соответствующих ножках портов ~IO1 и ~IO2, независимо от того как они настроены - на вход или на выход. 2. Данные о разблокировании PLL - бит UL (PLL unlock). См. также UL0, UL1. Если UL=0, то означает разблокировано, если UL=1, то значит заблокировано или активен режим остановки детектирования. 3. Двоичные данные со счетчика IF (частотомер) - биты C19..C0. См. также CTE, GT0, GT1. Эти 20 бит данных защелкиваются с выхода счетчика IF. С19 старший бит (MSB), С0 младший бит (LSB). [Последовательный ввод данных (IN1/IN2) tSU, tHD, tEL, tES, tEH >= 0.75 мкс, tLC < = 0.75 мкс] CL в исходном состоянии лог. 1 CL в исходном состоянии лог. 0 [Последовательный вывод данных (OUT) tSU, tHD, tEL, tES, tEH >= 0.75 мкс, tDC, tDH < = 0.35 мкс] CL в исходном состоянии лог. 1 CL в исходном состоянии лог. 0 Примечание: поскольку ножка DO является выходом с открытым стоком на n-канальном полевом транзисторе, время изменения данных (tDC и tDH) будут отличаться в зависимости от значения номинала pull-up резистора и паразитной емкости дорожек печатной платы. [Диаграммы времени обмена данными] Когда CL в паузах находится в состоянии лог. 0 Когда CL в паузах находится в состоянии лог. 1
[Структура программируемого делителя]
Примечание: * - состояние бита SNS не имеет значения. [Примеры расчета делителя] 1. Диапазон FM, шаг перестройки 50 кГц (DVS=1,SNS=*, вход FMIN). Частота приема FM RF = 90 МГц (IF= +10.7 МГц), частота гетеродина FM VCO = 100.7 МГц, PLL fref = 25 кГц (R0=1, R1=1, R2=0, R3=0). Коэффициент, записываемый в P0..P15 равен (дополнительно делим на 2, так как работает встроенный делитель на 2): 2. Диапазон SW (короткие волны), шаг перестройки 5 кГц (DVS=0, SNS=1, выбран вход AMIN, работающий в режиме высоких частот). Частота приема SW RF = 21.75 МГц (IF= +450 кГц), частота гетеродина SW VCO = 22.20 МГц, PLL fref = 5 кГц (R0=0, R1=1, R2=0, R3=1). Коэффициент, записываемый в P0..P15 равен: 3. Диапазон MW (средние волны), шаг перестройки 10 кГц (DVS=0, SNS=0, выбран AMIN, работающий в диапазоне низких частот). Частота приема MW RF = 1000 кГц (IF= +450 кГц), частота гетеродина MW VCO = 1450 кГц. Коэффициент, записываемый в P0..P15 равен: [Структура частотомера (IF Counter)] Частотомер, встроенный в LC72131, основан на 20-битном двоичном счетчике IF. Результат измерения (содержимое счетчика) может быть прочитан через ножку DO.
Частота на входе IF (Fc) измеряется путем подсчета количества импульсов (C), подсчитанных счетчиком IF за выбранный период измерения (GT). С [Примеры расчета частоты по содержимому счетчика] 1. Когда период измерения (GT) 32 мс, содержимое счетчика (C) равно 342400 (53980 hex): 2. Когда период измерения (GT) 8 мс, содержимое счетчика (C) равно 3600 (E10 hex): [Работа частотомера (IF Counter Operation)] Перед запуском счетчика IF его нужно заранее сбросить, установив бит CTE в 0. Бит CTE передается в потоке последовательных данных (режим IN1). Счетчик IF запускается при установке бита CTE в 1. Последовательные данные защелкиваются в микросхеме LC72131, когда сигнал CE падает от лог. 1 до лог. 0. Измеряемый сигнал IF должен быть подан на ножку IFIN в период времени между спадом сигнала CE в 0 и самое позднее в момент окончания времени ожидания (см. таблицу бит GT1, GT0). Далее значение счетчика IF должно быть прочитано после окончания периода измерения GT, при этом бит CTE должен быть выставлен в 1 (иначе счетчик IF сбросится). Внимание! При работе счетчика IF частотомера управляющий микроконтроллер должен проверять состояние сигнала от радиостанции (IF-IC SD, station detect), и только после определения наличия сигнала SD микроконтроллер должен включить выход буфера сигнала IF и выполнить операцию подсчета сигнала IF. Техника автопоиска радиостанций, которая использует только счетчик IF, не рекомендуется, так как возможна утечка для выхода буфера IF, из-за чего возможен ошибочный останов процесса автопоиска на месте, где нет станции. Стандартная минимальная чувствительность входа IFIN (частоты f в МГц):
Примечание: величины в скобках - действительные параметры в качестве образца. [Диаграммы времени детектирования рассинхронизации] Состояние рассинхронизации частоты гетеродина и опорной частоты выполняется относительно периода (interval) опорной частоты (fref). Таким образом, определение рассинхронизации требует время бОльшее, чем период опорной частоты. Однако немедленно после смены коэффициента деления N (частоты) детектирование рассинхронизации должно быть выполнено после ожидания как минимум двух периодов опорной частоты. На рисунке показаны диаграммы времени процесса детектирования состояния рассинхронизации. Например, если частота fref 1 кГц, т. е. период равен 1 мс, то после изменения коэффициента деления N нужно ждать как минимум 2 мс перед проверкой состояния рассинхронизации. На диаграмме ниже показан процесс работы программного обеспечения, определяющего состояние рассинхронизации. В микросхеме LC72131 возможен вывод состояния рассинхронизации в потоке выводимых данных, это состояние запоминается в бите UL. Как только произошло событие рассинхронизации, то оно запоминается в бите UL и не сбрасывается, пока не будет выполнена операция ввода или вывода. На диаграмме показано место вывода данных в точке (1). Хотя частота гетеродина VCO стабилизировалась (locked, произошел захват PLL, или синхронизация), поскольку не было операции вывода данных с тех пор, как поменялся коэффициент деления N, то состояние рассинхронизации пока запомнилось в бите UL. В результате даже если частота уже застабилизировалась, система для микропроцессора остается в состоянии дестабилизации (рассинхронизации). Таким образом, первое чтение в точке (1), которое было сразу за изменением коэффициента деления N, должно быть проигнорировано. Второе чтение данных в точке (2) покажет верные данные о состоянии синхронизации системы PLL. На диаграмме показан правильный алгоритм определения состояния захвата PLL. Возможен прямой вывод состояния рассинхронизации на ножку DO (путем настройки управляющих битов DOC0..DOC2). Если состояние рассинхронизации выводится на ножку DO (лог. 1 - захват произошел, лог. 0 - рассинхронизация), то не требуется дополнительное чтение данных, описанное в алгоритме выше. После изменения коэффициента деления N состояние захвата может быть проверено сразу после ожидания двух периодов опорной частоты. [Указания по использованию выхода стабильной частоты 8 Гц] Может быть запущено генерирование частоты 8 Гц на ножке ~BO1 с помощью бита TBC. При этом на ножке ~BO1 должен использоваться pull-up резистор как минимум 100 кОм. Это необходимо для предотвращения ухудшения характеристики сигнал/шум (C/N) гетеродина VCO, когда применяется фильтр обратной связи (фильтр низкой частоты), основанный на встроенном транзисторе. Поскольку вывод частоты 8 Гц и фильтр низкой частоты имеют общий провод земли внутри микросхемы, то необходимо минимизировать ток от выхода частоты 8 Гц и устранить его влияние на работу фильтра низкой частоты. Также для предотвращения дребезга мы рекомендуем применить триггер Шмитта на входе микроконтроллера, принимающем сигнал частоты 8 Гц. [Указания по мертвой зоне компаратора фазы]
Поскольку импульсы коррекции все равно присутствуют на выходе накачки заряда PD (когда схема накачки в состоянии ON/ON), даже если произошел захват и стабилизация PLL, то петля обратной связи может легко потерять стабильность. В этом месте нужно предпринять специальные меры, когда разрабатывается схема приемника. В состоянии ON/ON могут быть следующие проблемы: Схемы, в которых есть мертвая зона (OFF/OFF), имеют хорошую стабильность петли обратной связи PLL, но у них трудно получить высокие параметры отношения сигнал/шум (C/N). С другой стороны, хотя просто получить высокое отношение сигнал/шум для схем без мертвой зоны, у них трудно получить высокую стабильность петли обратной связи PLL. Таким образом, может быть эффективным выбор режима DZA или DZB, который не имеет мертвой зоны, в приложениях, требующих на FM соотношение сигнал/шум свыше 90..100 dB, или в которых желательно увеличить границу несущей AM стерео. В другом случае мы рекомендуем выбрать DZC или DZD (режимы с мертвой зоной) - для приложений, которые не требуют высокое FM соотношение сигнал шум и в которых либо не используется AM стерео, либо может быть достигнута необходимая граница несущей AM стерео. Мертвая зона может быть описана следующим образом. Компаратор фазы сравнивает частоту fp (выход программируемого делителя) и опорную частоту fr, как показано на рисунке 4. Хотя характеристики схемы (см. рисунок 5) таковы, что выходное напряжение пропорционально разности фаз (линия A), есть область (называемая мертвой зоной), в которой невозможно сравнить малую разность фазы в реальной микросхеме, поскольку имеются задержки, шумы и другие факторы (линия B). Величина мертвой зоны должна быть как можно меньше для аппаратуры с высоким отношением сигнал/шум. Однако в аппаратуре широкого потребления применяется повышенная мертвая зона, поскольку она упрощает реализацию схемы. Это происходит потому, что возможна утечка радиосигнала от смесителя в гетеродин VCO и модулирование сигнала гетеродина VCO, когда приходит сигнал слишком высокого уровня. Когда мертвая зона узкая, схема выводит импульсы коррекции и этот вывод может модулировать гетеродин VCO и генерировать биения радиочастоты.
[Указания по использованию выводов FMIN, AMIN, IFIN] Развязывающие конденсаторы должны быть размещены как можно ближе к соответствующим ножкам. Желательна емкость порядка 100 пФ. В частности, если используется емкость 1000 пФ и выше для вывода IF (частотомер), время установки уровня смещения увеличивается и может произойти некорректный подсчет, связанный с временем ожидания. [Указания по измерению частоты (счет по IF)] Вместе с временем счета IF должен использоваться сигнал SD (определение сигнала радиостанции). Микроконтроллер должен анализировать присутствие сигнала IF-IC SD (детектирование станции) и включать буфер счетчика IF только в том случае, если присутствует сигнал SD. Схемы, в которых автопоиск реализован только подсчетом IF не рекомендуются, поскольку они могут остановиться в точке без сигнала из-за утечки выхода от буфера счетчика IF. [Техника использования ножки DO] В дополнение к использованию вывода DO как выхода данных, вывод DO может использоваться для проверки завершения счета счетчика IF и для выхода детектирования рассинхронизации. [Выводы для подключения питания] Должен быть установлен между выводами VDD и VSS конденсатор как минимум 2000 пф для устранения шума. Конденсатор должен быть помещен как можно ближе к выводам VDD и VSS. [Состояние ножек после спроса при подаче питания] [Пример использования (корпус MFP20)] [Absolute Maximum Ratings при температуре 25 oC, VSS 0 V] [Allowable Operating Rates при температуре -40..+85 oC, VSS 0 V] Примечания: * рекомендованные значения CI для кварцев - CI < = 120 ом (для кварцев 4.5 МГц) CI < = 70 ом (для кварцев 7.2 МГц). Пример применения кварца: Примененный кварцевый резонатор - HC-49/U (производитель Kinseki Ltd.), CL = 12 пф, C1 = C2 = 15 пФ. [Электрические характеристики для Allowable Operating Rates при температуре -40..+85 oC, VSS 0 V] [Ссылки] 1. AVR-USB-MEGA16: управление радиотрактом магнитолы RX-ES20 от компьютера. |