锁相环中的分频器

锁相环中的分频器，是一个神来之笔，有了这个分频器，一个PCB板上，只需要一个好晶振，就可以获得几乎任何频率的，而且指标优良的信号。

分频器放置于锁相环的反馈回路中，作用是将VCO的高频率信号以指定的分频倍数分频到参考频率，然后输入到鉴相器，与参考时钟，也就是晶振，进行比较。

频率低的分频器，可以用一个通用可编程计数器实现。

比如说，有一个计数器，它对输入时钟信号的上升沿进行计数，每计到N个上升沿，就输出一个上升沿，那么这个计数器就可以看做分频比为N的分频器。

但是这种通用可编程计数器只能在较低的频率下工作(通常在1GHz以下)，所以就不满足我们射频上的需要了。而且，退一万步讲，就算频率上满足要求了，但是功耗性能也不是最优的。

分频器的输入端是锁相环中工作频率最高的电路，也是功耗最大的电路。

在射频锁相环的分频器设计中，按照工作频率，将整个分频器分为前端和后端两部分。

前端呢，负责高频信号的分频，将高频信号分频到较低频率。

后端呢，可以使用可编程计数器，进一步将信号分频至所需的频率。

前端电路称为预定标器，最常用的是双模预定标器，即具有两个分频比为N或N+1的预定标器，常见的分频比有8或9,4或5等，分频比由一位输入控制信号来决定。

在现代锁相环中，经常用到的分频器是基于双模预定标器的双模分频器，如下图所示。

其中，预定标器由控制信号控制其分频比为N或者N+1，P和S为两个可编程计数器，这里分别设置为分频比P和S，并且满足P大于等于S。

双模分频器的工作原理是这样的：

(1) 在一个周期开始时，预定标器设定为分频比N+1，即每输入N+1个振荡器时钟沿，预定标器输出一个时钟沿给下面的计数器P和S。

(2) 当计数器S得到S个输入时钟沿时，因为S值通常小于P值，所以其首先输出一个时钟沿，然后停止计数。此时，分频器已接收到S(N+1)个振荡器时钟沿。

(3) S计数器的输出时钟沿，改变了预定标器的控制信号，预定标器分频比改变为N，

(4) 在P计数器接收到下(P-S)个预定标器输出时钟沿后，P计数器计数达到P，输出一个时钟沿，这意味着分频器又接收到(P-S)*N个振荡器时钟沿。

(5) P计数器的输出时钟沿重置整个分频器，一个分频器周期就结束了。

这样，在一个分频器周期内，总共接收到S(N+1)+(P-S)N,也就是PN+S个振荡器时钟沿，这样就实现了PN+S的分频比，其中P大于或等于S。

这样的话，只要改变S的值，就可以使分频比以1的步进变化。

审核编辑：汤梓红