摘要：介绍了锁相环的原理以及Freescale 公司的锁相环频率合成器件MC145151- 2 的主要特点，给出了MC145151- 2 和ICL8038 低频锁相环函数发生器的工作原理、设计思想、电路结构、模块设计方法及其电路原理图。

1、引言

电子系统中经常需要采用频率和幅度可调的正弦波信号作为基准或载波信号。而正弦波信号主要是由模拟电路和DDS （Direct Digital Synthesis）两种方式产生。基于DDS 技术的产品虽然功能齐全、性能指标高， 但是成本也高。本文介绍了一种基于MC145151- 2 和ICL8038 的低频锁相环函数发生器， 该函数发生器具有频率稳定性高、结构简单、成本低、体积小、便于携带等特点。

2、锁相环的工作原理

锁相环路实质上就是自动相位控制电路（APC） , 它是利用2 个电信号的相位误差， 通过环路自身调整来实现频率准确跟踪， 该系统称为锁相环路（ 简称环路） , 通常用PLL 表示。锁相环路是由鉴相器（PD）、环路滤波器（ LPF 或LF） 和压控振荡器（ 简称VCO） 3 部分组成的闭合系统。锁相环组成的原理框图如图1 所示。

图1 锁相组成环原理框图

图1 中的鉴相器（ PD） 又称相位比较器， 是由模拟乘法器组成， 用于检测输入信号和输出信号的相位差， 并将检测到的相位差信号转换成电压信号UD（ t） 输出， 该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压UC（ t） 来控制振荡器输出信号频率。

3、MC145151- 2 和ICL8038 简介

3.1、MC145151- 2 简介

MC145151- 2 是MC145151- 1 的升级产品， 降低了功耗， 提高了ESD 和锁定性能。MC145151- 2 分别用14 条和3 条并行输入数据线实现N 计数器和R计数器编程， 内部集成了参考振荡器、可选参考频率分频器、数字相位鉴相器和14 位可编程的除N计数器。该器件具有以下特点： 采用CMOS 工艺， 功耗低， 电压范围为3 V~9 V; 具有片上或片外参考振荡器； 2 路鉴相信号输出， 其中PDout 是鉴相器A 的输出， ФR 和ФV 是鉴相器B 输出， 为鉴相误差信号，LD 用于输出相位锁定信号； 除N 范围为3~16 383;8 个用户可选的除R 值分别对应于RA2~RA0 组成的8 个状态。

3.2、ICL8038 简介

ICL8038 是一款可输出多种波形的精密振荡器， 只需调整个别的外部元件就能产生0.001 Hz~300 kHz 低失真的正弦波、三角波、矩形波等脉冲信号，其输出电平为： 方波为0.2 V（2 mA）， 三角波为0.33 V, 输出阻抗为200 Ω（5 mA）， 正弦波为0.22 V,输出阻抗为1 kΩ。输出波形的频率和占空比由电流或电阻控制。此外， 由于该器件具有调频信号输入端， 因此可对低频信号进行频率调制。

ICL8038 主要特点：频率范围为0.001 Hz ~300 kHz; 占空比范围为2%~98%; 低失真正弦波为1%; 低温度漂移为250 ppm/℃； 三角波输出线性为0.1%; 工作电源电压5 V~28 V; 可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等。