基于ADF4360_4的混頻器本振源電路設(shè)計(jì)

0 引言

鎖相(Phase Lock)技術(shù)是一種相位負(fù)反饋頻率控制技術(shù)，該技術(shù)在鎖定時(shí)無(wú)剩余頻差，并具有良好的窄帶載波跟蹤性能和帶寬調(diào)制跟蹤性能，而且對(duì)相位噪聲和雜散也具有很好的抑制作用。因此，通過(guò)鎖相頻率合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)的頻率源已在通信、電視等領(lǐng)域得了廣泛應(yīng)用。本文介紹的ADl公司的ADF4360系列芯片就是用于無(wú)線通信射頻系統(tǒng)(GSM，DECT，PCS，WCDMA。DCS)基站和WLAN混頻電路的一款性價(jià)比很高，且應(yīng)用范圍較廣的鎖相芯片。

1 ADF4360_4的性能特點(diǎn)

ADF4360_4豐要由數(shù)字鑒相器、電荷泵、R分頻器、A，B計(jì)數(shù)器及雙模前置P／P+1分頻器等組成。數(shù)字鑒相器對(duì)R計(jì)數(shù)器與N計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)進(jìn)行相位比較，得到一個(gè)誤差電壓。14bit可編程參考R分頻器對(duì)外部晶振分頻后得到參考頻率。該器件可以通過(guò)可編程6位A計(jì)數(shù)器、13位B計(jì)數(shù)器及雙模前置分頻器(P／P+1)來(lái)共同完成主分頻比N (N=BP+A)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)只需外加環(huán)路濾波器，并選擇合適的參考值，即可獲得穩(wěn)定的頻率輸出，其輸出頻率為：
f0=fvco=N (fi／R)
式中，fi為參考頻率，它可由高穩(wěn)定度晶體振蕩器提供。而其鑒相頻率fr為：
fr=fi／R
其中，fi應(yīng)小于8 MHz。

ADF4360_4是美國(guó)ADI公司生產(chǎn)的的高性能鎖相頻率合成芯片，主要用于無(wú)線發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中為上下變頻提供本振信號(hào)。該器件的主要特點(diǎn)如下：

(1)該合成器的輸出頻率范圍為1450～1750MHz；并可選擇二分頻。選擇二分頻時(shí)，可輸出725～875 MHz的頻率信號(hào)；
(2)工作電壓為3～3.6 V；
(3)合成器的輸出信號(hào)的功率可控制范圍為-13～-4 dbm；
(4)可編程雙模前置分頻器的分頻比為8／9、16／17、32／33等；
(5)能夠進(jìn)行模擬和數(shù)字鎖定檢測(cè)；
(6)芯片內(nèi)部集成又VCO。

ADF4360_4是一款雙模前置分頻型單環(huán)頻率合成器，該器件可在不改變頻率分辨率的同時(shí)，有效地提高頻率合成器的輸山頻率。
(P+1)／P為高速雙模前置分頻器，其分頻模數(shù)為P+1和P，此外，系統(tǒng)中的A為脈沖吞咽可編程計(jì)數(shù)器；B為主可編程計(jì)數(shù)器；MC為?？刂七壿嬰娐?。

雙模前置分頻器通常只有兩個(gè)計(jì)數(shù)工作模式，但工作時(shí)只要一個(gè)?？刂菩盘?hào)就可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的換模計(jì)數(shù)工作，而不需要采用類似可編程分頻器那樣復(fù)雜的預(yù)置操作，因而其工作頻率可以做得像固定分頻器那樣高。事實(shí)上，雙模前置分頻器可以很好地解決固定前置分頻器提高輸出頻率f0和降低頻率分辨率△f 0的矛盾。

2 ADF4360_4的應(yīng)用電路

利用鎖相環(huán)頻率合成器件設(shè)計(jì)的本振源能為混頻電路提供良好的本振載波。利用ADF460_4作為混頻器本振源的具體電路。電路中的外部晶振為20 MHz的高穩(wěn)定度晶體振蕩器。該電路可將來(lái)自AP的2.4 GHz信號(hào)下變換到950MHz，以供WLAN中的混頻器使用，并最終使信號(hào)可以在特定的電纜上傳輸。

本電路用ADF4360_4來(lái)產(chǎn)生1.5 GHz的本地振蕩信號(hào)(LO)。電路中的晶體振蕩器不僅要給ADF4360_4提供參考頻率，還要給控制ADF4360_4的FPGA芯片提供時(shí)鐘。使用時(shí)，該晶振應(yīng)接到ADF4360_4的參考時(shí)鐘輸入引腳CLK_ref，且其內(nèi)部電荷泵輸出引腳CP(ChargePump)與VCO輸出引腳VTUNE之間還應(yīng)接入環(huán)路濾波電路。

一個(gè)三階環(huán)路濾波電路，在該電路中，PFD的相位檢測(cè)頻率fr為200 kHz，相位裕量為φP。由于系統(tǒng)外接的晶體振蕩器的頻率源為20 MHz，所以，可以據(jù)此計(jì)算出其參考分頻比R為100。事實(shí)上，在設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用ADI公司提供的ADIsimPLL工具計(jì)算出三階環(huán)路濾波器的元件參數(shù)如下：

R1=9.46 kΩ，C1=173 pF，C2=2.36 nF，R2=19.3 kΩ，C3=79 pF。

3 ADF4360_4的FPGA初始化

每次給ADF4360_4加電時(shí)，都必須給內(nèi)部數(shù)字寄存器寫(xiě)入一定的值才能獲得需要的本振輸出。而每次掉電后，原來(lái)寫(xiě)入內(nèi)部數(shù)字寄存器的值也隨之消失。所以，設(shè)計(jì)時(shí)可用FPGA控制板來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。FPGA可選用ALTERA公司的EP1C3T100C6芯片，同時(shí)也可以外接20MHz的石英晶振來(lái)為其提供時(shí)鐘。FPGA板上設(shè)置的5個(gè)按鍵分別為RESET(復(fù)位鍵)、CE(使能鍵)、R (R輸入鍵)、C(C輸入鍵)和N(N輸入鍵)。EP1C3T100C6的雙向I／O口77、78、79分別接ADF4360_4的LE、DATA、CLK，其中CLK為串行時(shí)鐘輸入，DATA為串行數(shù)據(jù)輸入，LE為加載使能，該位為邏輯“1”時(shí)表示加載，LE由FPGA板子上的CE使能鍵控制。每次加載數(shù)據(jù)時(shí)。應(yīng)先按RESET鍵復(fù)位，然后按CE使能鍵。這樣，當(dāng)FP-GA板和ADF4360_4連通后，即可傳輸數(shù)據(jù)，然后依次按R、C、N以使數(shù)據(jù)依次寫(xiě)入。

數(shù)據(jù)輸入時(shí)，首先由DATA在每個(gè)CLK的上升沿從MSB(最高有效位)開(kāi)始依次寫(xiě)入24位移位寄存器中的數(shù)據(jù)并一次性鎖存到目標(biāo)寄存器，然后再進(jìn)行下一個(gè)目標(biāo)寄存器的初始化。目標(biāo)寄存器的選擇可由移位寄存器中的最末兩位DB1和DB0來(lái)決定。對(duì)寄存器賦值的順序?yàn)镽-C-N。而且C和N寄存器的賦值間隔應(yīng)大于5 ms。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入控制程序可用Verilog吾言編寫(xiě)，同時(shí)可在Quartus6.0下編寫(xiě)編譯并配置芯片管腳。由于本系統(tǒng)的源程序很大，限于篇幅，這里只給出R寄存器賦值的部分代碼：