一種基于LMX2485E芯片的調(diào)制倍頻電路

　　配合選用不同頻段的外部壓控振蕩器，LMX2485E芯片的倍頻工作范圍50MHz~3GHz。芯片外部輸入的信號有標(biāo)準(zhǔn)頻率源參考信號和壓控振蕩器輸出反饋頻率以及接口控制信號。壓控振蕩器輸出頻率經(jīng)過耦合電路輸入到LMX2485E后，經(jīng)11位整數(shù)分頻器和22位小數(shù)分頻器的配合使用得到分頻后的鑒相輸入頻率，進(jìn)入鑒相器的B相。標(biāo)準(zhǔn)頻率源參考信號經(jīng)過耦合電路輸入到LMX2485E后進(jìn)入鑒相器的A相(可根據(jù)需要使用6位分頻器改變鑒相頻率)?？刂菩盘栍善x信號CE、時(shí)鐘信號CLK、數(shù)據(jù)信號DATA和數(shù)據(jù)鎖存信號LE組成。在時(shí)鐘信號的控制下，控制字由DATA口輸入R0至R7寄存器中。在接收到數(shù)據(jù)鎖存信號后，先前輸入的R0至R7寄存器內(nèi)容到達(dá)對應(yīng)的鎖存器，本次頻率控制參數(shù)設(shè)置生效。鑒相器輸出的誤差信號通過濾波環(huán)路后控制外部的壓控振蕩器的輸出頻率，使10MHz高穩(wěn)晶振輸出頻率的穩(wěn)定度能夠傳遞到壓控振蕩器的輸出頻率上，最終使455.645833MHz信號也具備相同的頻率穩(wěn)定度。同時(shí)，該頻率合成器具備快速鎖定功能，在環(huán)路參數(shù)設(shè)置正確的情況下，從新的頻率控制字寫入到壓控振蕩器穩(wěn)定輸出新的頻率，只需5ms，本文的調(diào)制速率為136 Hz，兩個(gè)頻率跳變間隔為8ms左右，經(jīng)試驗(yàn)證明完全能夠滿足調(diào)制要求。

　　寄存器配置及軟件流程

　　LMX2485E有R0~R7這 8個(gè)24位寄存器，R1關(guān)聯(lián)著分頻系數(shù)中的整數(shù)部分;R0關(guān)聯(lián)著分頻系數(shù)中的小數(shù)部分。由于本文中受調(diào)制切換的左、右兩個(gè)頻率值相差40 Hz，所以只改變小數(shù)寄存器R0內(nèi)容即可，剩余 R1~R7寄存器按照手冊要求在程序初始化時(shí)一次寫好后就不需改動(dòng)。

　　對于本方案中，調(diào)制信息表現(xiàn)為以455.645833MHz信號為中心頻率，以136Hz的速率(調(diào)制速率)在兩個(gè)頻率點(diǎn)之間切換，兩個(gè)頻率點(diǎn)與中心頻率相差±20Hz(該指標(biāo)對應(yīng)調(diào)制深度)。那么左邊頻點(diǎn)寫入455.645813MHz的頻率控制字，右邊頻點(diǎn)寫入455.645853MHz的頻率控制字，單片機(jī)按136 Hz的中斷速率控制芯片刷新頻率控制字即可實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制要求。按照這個(gè)思路，軟件流程圖編寫如圖4。

　　硬件連接與參數(shù)設(shè)定

　　LMX2485E的硬件電路有比較成熟的參考應(yīng)用，與單片機(jī)接口電路如圖5所示。芯片手冊給出的時(shí)序控制圖如圖6所示。

　　接口控制有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：片選使能CE信號在上電后置高電平;DATA和CLK信號遵從SPI通信協(xié)議，數(shù)據(jù)在CLK上升沿有效;數(shù)據(jù)鎖存信號LE在某個(gè)寄存器控制字節(jié)全部寫完后才能置高，保持足夠時(shí)間后拉低。

　　該芯片的MUXOUT管腳可通過軟件設(shè)置為鎖定檢測輸出端，高電平表示鎖定、低電平表示脫鎖。使用單片機(jī)的外部中斷檢測口或搭建如圖7所示的鎖定狀態(tài)檢測電路，可以準(zhǔn)確獲知產(chǎn)生455.645833MHz信號的鎖相環(huán)路是否工作在正常狀態(tài)。這對于快速判斷6834.6875MHz微波探詢信號是否工作正常很有幫助。

　　鎖相環(huán)頻率合成器輸出的相位噪聲TOTALPN與鑒相頻率PFDF以及反饋分頻系數(shù)N之間的關(guān)系如公式(2)所示。

　　其中， TOTALPN為鎖相環(huán)頻率合成器輸出的總相位噪聲，SYNTHPN為鎖相環(huán)頻率合成器自身的相位噪聲，N為反饋分頻系數(shù)，PFDF為/FoutN，F(xiàn)out為環(huán)路輸出頻率。由公式(2)可得公式(3)

　　在SYNTHPN和Fout一定的情況，鑒相頻率PFDF越大，則反饋分頻系數(shù)N越小，于是環(huán)路噪聲越低。本文中標(biāo)準(zhǔn)頻率源為10MHz信號，LMX2485E芯片允許最大鑒相頻率為50MHz，故本文取鑒相頻率PFDF為10MHz。查閱手冊可知SYNTHPN最大為-210dBc/Hz，根據(jù)Fout為455.645833MHz，N為45.645833可求得該鎖相環(huán)路理論最優(yōu)相噪為-108 dBc/Hz。

　　控制壓控振蕩器的環(huán)路濾波器參數(shù)可以通過ADIsimPLL 3.1軟件進(jìn)行仿真,使用與仿真給出的推薦元件參數(shù)相同或相近的值后就可投入使用。根據(jù)相關(guān)應(yīng)用筆記，濾波器選擇為三階無源低通濾波器，環(huán)路帶寬選擇原則為不超過鑒相頻率的1/10，本文鑒相頻率為10MHz，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，取環(huán)路帶寬100kHz左右。