一種基于LMX2485E芯片的調(diào)制倍頻電路

　　摘要：本文介紹了一種調(diào)制倍頻單元的設(shè)計工作。電路中選用了一種具有跳頻功能、可通過編程精確預(yù)置帶有小數(shù)的倍頻系數(shù)的高分辨率頻率合成器芯片，同時實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制、鎖相倍頻的功能，直接取代原有模擬調(diào)制、倍頻電路。

　　關(guān)鍵詞：頻率合成器;數(shù)字調(diào)制;鎖相倍頻;相位噪聲

　　某項目整機小型化要求電路系統(tǒng)體積配合減小，經(jīng)過分析，電路系統(tǒng)體積減小的關(guān)鍵在于將分立元件眾多的模擬調(diào)制倍頻單元電路替換為數(shù)字集成電路。本文的主要工作就是尋找模擬倍頻電路的數(shù)字化替換方案，簡化倍頻單元設(shè)計。

　　技術(shù)方案選定

　　調(diào)制倍頻電路需要生成帶有調(diào)制信息的6834.6875MHz左右的微波探詢信號，主要通過微波腔中對6840MHz和尾數(shù)5.3125MHz信號下混頻實現(xiàn), 6840MHz信號的獲取首先是將10MHz參考源信號通過半導(dǎo)體分立元件搭建的9倍頻三極管選頻、放大電路生成90MHz信號，再通過快恢復(fù)階躍二極管進行高次諧波倍頻，利用微波腔對76次諧波進行諧振后獲取6840MHz信號。5.3125MHz信號則是通過數(shù)字邏輯電路將10MHz參考源信號分別生成5MHz和0.3125MHz信號，再進行合頻、濾波、選頻放大輸出。對6840MHz進行調(diào)制或?qū)?.3125MHz信號進行調(diào)制都是可行的，一種是先對10MHz參考源信號進行調(diào)制，6840MHz或5.3125MHz信號就帶有了調(diào)制信息;另一種是利用具有數(shù)字調(diào)制功能的DDS芯片合成具有調(diào)制信息的5.3125MHz信號后與6840MHz信號混頻使用。本文采用對6840MHz調(diào)制的方案，工作原理圖如圖1所示。

　　在原有方案中，6840MHz信號的前端調(diào)制電路和9倍頻選頻電路多為純模擬方案，分立元件眾多、調(diào)試復(fù)雜，不利于小型化;而且不論采用哪一種調(diào)制方式，5.3125MHz綜合電路、微波混頻電路都必不可少，增加了電路的復(fù)雜程度。若不改變技術(shù)方案，直接在原有方案基礎(chǔ)上進行電路小型化是比較困難的。

　　從另一個角度考慮，由于快恢復(fù)階躍二極管只能夠產(chǎn)生整數(shù)次諧波，那么如果饋入它的激勵信號是一個已經(jīng)含有尾數(shù)頻率的調(diào)制信號，從理論上講，經(jīng)過高次倍頻后被微波腔諧振選頻，也可以得到帶有調(diào)制信息的6834.6875MHz信號。經(jīng)過計算，選擇455.645833MHz信號作為快恢復(fù)階躍二極管的激勵信號，因為該信號經(jīng)過15倍頻直接對應(yīng)6834.6875MHz信號。該技術(shù)方案的選定有幾個好處：第一可以節(jié)省5.3125MHz綜合電路、混頻電路;第二由于快恢復(fù)階躍二極管倍頻次數(shù)減少，可以降低激勵功率、提高倍頻效率;第三由于該方案將引入數(shù)字集成芯片，摒棄傳統(tǒng)分立元件搭建的調(diào)制、倍頻、混頻方案，使電路引入數(shù)字化、小型化成為可能。故本文所采用的技術(shù)方案就是利用數(shù)字集成芯片輸出帶調(diào)制信息的455.645833MHz激勵信號，直接進行15次階躍管微波諧振選頻，生成帶有調(diào)制信息的6834.6875MHz微波探詢信號。工作原理圖如圖2所示。

　　經(jīng)過器件選型，采用基于快速鎖相環(huán)技術(shù)、帶調(diào)制功能的小數(shù)頻率綜合器LMX2485E實現(xiàn)該技術(shù)方案。

　　LMX2485E頻率合成器工作原理

　　頻率合成器的基本原理：應(yīng)用數(shù)字邏輯電路把壓控振蕩器輸出頻率一次或多次分頻至鑒相器輸入頻率上，再與參考頻率在鑒相電路中比較，反映相位、頻率差異的誤差信號經(jīng)過環(huán)路濾波器后以緩變的直流信號來控制壓控振蕩器頻率，如圖3所示。

　　LMX2485E芯片內(nèi)部的分頻系數(shù)是由單片機編程控制，包含整數(shù)和小數(shù)兩部分，這意味著寫入合適的分頻系數(shù)后，輸入10MHz參考信號，從壓控振蕩器端可以直接輸出455.645833MHz信號，即分頻系數(shù)為45.5645833，根據(jù)芯片手冊的要求將45寫入整數(shù)寄存器中，將5645833寫入小數(shù)寄存器中即可?？刂茐嚎卣袷幤鬏敵鲱l率計算公式(1)如下：

　　這里，RFout是經(jīng)過倍頻控制后的壓控振蕩器頻率輸出;

　　N是倍頻系數(shù)中的整數(shù)部分;

　　FRAC是倍頻系數(shù)中的小數(shù)部分的寄存器控制字;FRAC/222是倍頻系數(shù)中的小數(shù)部分;

　　fPFD是鑒相頻率輸入，本方案中為高穩(wěn)恒溫壓控晶振輸出的10MHz參考信號。