基于ADF4360-1的本振源設計

0 引 言

在無線通信領域，本振信號性能的優劣是影響混頻器輸出頻譜純度的主要因素。頻率合成技術是指由一個穩定、準確的標準參考頻率，經過一系列的處理過程，產生大量離散的具有同一穩定度和準確度的信號頻率。鎖相式頻率合成器是一種建立在相位負反饋基礎上的閉環控制系統，主要由鑒相器、環路濾波器和壓控振蕩器組成。

通過鎖相頻率合成實現的頻率源在通信、CATV等領域得到了廣泛應用，很多現代電子設備和系統的功能實現都直接依賴于頻率源的性能。ADI公司生產的ADF4360-1是電流型電荷泵數字鎖相式頻率綜合器芯片，具有很高的性價比。

1 ADF4360-1的工作原理及主要性能

ADF4360-1主要由數字鑒相器、電荷泵、分頻器、計數器及雙模前置P／(P+1)分頻器等組成。如圖1所示。

1．1 工作原理

從ADF4360-1外部輸入的信號有標準頻率源信號和控制信號，14位可編程參考R分頻器對外部頻率源信號分頻后得到參考頻率送至鑒相器。控制信號由時鐘信號CLK、數據信號DATA和使能信號LE組成。在CLK的控制下，串行輸入24位數據信號，暫時存放在24位數據寄存器中。在接收到使能信號LE后，先前輸入的24位數據根據地址位到達對應的鎖存器。
ADF4360-1的主分頻比N由雙模預分頻器(P／P+1)、可編程5位A計數器及13位B分頻器實現，算法為N=B×P+A，輸出頻率為:fout=(B×P+A)×fref／R，通過設置A，B，R三個控制字寄存器的控制字來實現對鎖相環的控制。該芯片外圍只需添加環路濾波器，根據輸出頻率大小選擇合適的參數，即可輸出較穩定的頻率。

1．2 主要性能

ADF4360-1是美國ADI公司生產的一款高性能鎖相頻率合成芯片，主要可應用于無線射頻通信系統基站(GSM，WCDMA)、手機以及通信檢測設備中，為上下變頻提供本振信號。其特性如下：

工作電壓：3～3．6 V；輸出信號功率可控范圍具有四組可編程雙模分頻器8／9，16／17，31／32；三線串行接口進行編程控制；1．8 V邏輯兼容；輸出功率可編程范圍是-13～-6 dB；能夠進行模擬和數字鎖定檢測；內部集成VCO；具有軟件和硬件掉電模式。

2 系統的設計與實現

在中頻發射電路中，本振源電路模塊對整個系統的穩定性起著至關重要的作用。本文利用鎖相頻率合成芯片ADF4360-1設計2．33 GHz本振源信號，為射頻發信機正交混頻電路提供性能良好的本振載波。電路框圖如圖2所示。

2．1 電路參數設定

基于鎖相環的基本原理，只需要在內部集成VCO的頻率合成芯片ADF4360-1外圍加環路濾波器，即可實現PLL頻率合成電路。

本電路設計中，ADF4360-1的PFD輸入頻率為200 kHz，因此參考時鐘分頻R=50。由公式fout=(B×P+A)×fref／R，可計算出N為11 250，雙模前置分頻器設置為P／(P+1)=32／33，計數器A設置為18，計數器B設置為351。根據ADF4360-1芯片資料，三個控制寄存器初始化設置為R寄存器0000C9H，C寄存器8FF128H，N寄存器015F4AH，如表1所示。本振源電路輸出信號功率為-6 dB。

2．2 環路濾波器電路設計

環路濾波器(LPF)具有低通特性，它主要是抑制鑒相器輸出電壓中的載頻分量和高頻噪聲，降低由VCO控制電壓的不純而引起的寄生輸出。更重要的是它對環路參數調整起著決定性的作用。

利用AD公司提供的專用設計與仿真工具軟件ADI simPLL對圖2結構形成的無源三階濾波電路進行仿真、設計。依照軟件提示，逐步設定各項參數，并選擇芯片型號和環路濾波器形式，最后生成的電路如圖3所示。

2．3 鎖相環本振源電路設計

完整的硬件原理圖如圖4所示。

電源電路采用TPS76333和LM317T產生穩定的3．3 V電壓供電。ADF4360-1的參考時鐘輸入引腳與晶振電路輸出端相連，在內部VCO輸入引腳VTUNE與內部電荷泵輸出引腳CP之間接入三階環路濾波電路。

核心芯片內部控制寄存器的初始化數值通過單片機控制寫入，單片機采用ATMEL公司的AT89C2051。

3 編程控制及目標寄存器初始化

單片機P1．5，P1．6，P1．7三個I／O口分別與芯片CLK，DATA，LE相連。圖5給出了數據輸入的時序圖。數據(DATA)在每個時鐘(CLOCK)的上升沿從MSB(最高有效位)開始依次寫入24位移位寄存器中，直到LSB位寫入完成之后，由來自LE的上升沿將存儲在24位移位寄存器中的數據一次性鎖存入目標寄存器(包括R計數鎖存器、N計數鎖存器、功能鎖存器以及初始化鎖存器)，再進行下一個目標寄存器的初始化。寄存器賦值順序為R-C-N，目標寄存器的選擇由移位寄存器最末兩位DB0，DB1來決定，其中C和N寄存器的賦值時間間隔應大于5 ms。

單片機控制程序(R寄存器)如下：

4 結 語

本文介紹了利用鎖相頻率合成芯片ADF4360-1為中頻射頻發信機設計本振信號源，給出了設計的關鍵參數、控制流程以及部分程序代碼。最后測得相位噪聲為-83 dBc／Hz@1 kHz，達到了基本標準。由于ADF4360-1內部集成VCO、外部通過單片機I／O口寫入控制字，因此該系統具有外圍電路簡單、調試方便、功耗和成本低等特點，可廣泛應甩于射頻電路系統以及無線通信系統中。■