论文部分内容阅读
[摘 要]分析和讨论了ADF4355-3频率合成器的基本原理和工作特性，运用ADIsimPLL仿真设计软件，对环路滤波电路进行了设计。最后通过单片机对设计的宽带频率源进行测试，并给测试结果。
[关键词]频率合成器；单片机；环路滤波器
中图分类号：TP189 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0364-01
在射频和微波通信系统中，频率源扮演着重要的角色，其性能直接影响着整个通信系统。随着无线通信技术的飞速发展，不同的设计方案设计出了各种各样的频率源。其中采用锁相环设计的频率源具有输出频率高、频率纯、低相噪、杂散抑制较好等优点。频率源较早设计采用分立元器件，由于分立元器件的体积决定了该设计的频率源电路体积较大，并且分离元器件的损坏会导致整个频率源无法正常工作。随着集成芯片技术的发展，目前可以将锁相环的功能由单一芯片来实现，大大简化了电路的结构，也大大减少了电路调试的工作量。本文以ADF4355锁相频率合成器为核心，设计了一种用单片机来控制的锁相环电路。该设计外围电路结构简单，设计尺寸较小，调试只需对芯片外围环路滤波器进行调节，便可实现控制频率的输出。与分立器件实现的锁相环相对比，ADF4355设计的锁相环电路结构简单、体积小、调试工作简单、抗干扰性能好.
1. ADF4355-3锁相频率合成器简介
ADF4355-3是一种宽带低相噪频率合成器，内置低噪声的宽带集成VCO，其中VCO基波输出频率为3300MHz～6600MHz，可以通过芯片内部分频电路，来产生54MHz～6600MHz的输出频率。另外，ADF4355具有4/5、8/9的可编程的双模前置预分频计数器，输出使能和输出功率可通过编程设置。ADF4355片内的所有寄存器通过DATA、CLK、LE三线串行控制接口控制，简单且易编程。ADF4355的工作电源电压为3.3V和5V，鉴相器最高工作频率单独输入为250MHz，差分输入为600MHz，VCO灵敏度为63MHz/V，射频输出功率为3dBm～8dBm。
ADF4355-3的工作原理：有芯片外部提供的参考频率通过REFIN引脚输入，经2倍频器、R分频器、2分频器后，提供给鉴相器PHASE，作为鉴相器的鉴相频率，此为频率合成器的参考比较频率。鉴相器将N分频器送来的频率F与鉴相频率FPDF进行比较，将两者的频率和相位差异变换与之成比例的脉冲输出，提供给电荷泵CHARGE PUMP。从CPout输出端口的推拉电流将携带鉴相器比较的FPDF与FN的相位误差信息。从CPOUT端口输出的推拉电流通过芯片外部的环路滤波器积分后滤除鉴相器杂散，变成携带相位误差信息的调谐电压。调谐电压从VTUNE引脚进入，调谐片上VCO，是片上VCO输出响应的频率。片上VCO的输出频率经分频器后经过输出电路输出成为所需射频输出信号RFOUT。当输出的频率RFOUT不等于设定值时，通过N分频后的频率FN与鉴相频率FPFD不等，鉴相器将其相位差输出，通过电流泵调整VCO的调谐电压，使VCO输出频率改变。直到VCO输出频率值等于设定值时，FN与FPFD相同，系统达到稳定状态。
2 频率合成器参数设计
对于ADF4355锁相频率合成器而言，系统设计主要是确定锁相环的参考频率、鉴相频率、前置预分频器R、分频器N的大小以及滤波器的环路带宽和参数。
其中VCOOUT是射频频率输出，INT是整数分频系数，FRAC1是朱勇小數分频系数，FRAC2是辅助小数分频系数，MOD1和MOD2分别代表不同定义的模数。
3 系统实现
ADF4355-3锁相频率合成器与控制板进行连接。控制板分别与ADF4355-3的LE、DATA、CLK连接。CLK为串行时钟输入，LE为加载使能，DATA为串行数据输入。数据通过写入寄存器从而实现ADF4355-3不同频率信号的输出。
4 性能测试
5 结论
本文介绍了利用ADF4355-3锁相频率合成器来进行频率源设计，通过对该集成芯片的研究，通过仿真设计软件给出了环路滤波器设计的关键参数，最终完成原理图及PCB设计。通过对硬件电路的调试和性能优化，实现了一个结构简单、输出频率较宽的频率源。
参考文献
[1]Analog Devices Inc. Microwave Wideband Synthesizer with Integrated VCO ADF4355-3 Data Sheet.
[2]徐述武，王海勇，唐云峰. 基于ADF4350锁相频率合成器的频率源设计与实现[J].电子器件，2010年12月
[3]刘轶，严伟著， 射频电路设计原理[M].北京：科学出版社，2016
[关键词]频率合成器；单片机；环路滤波器
中图分类号：TP189 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0364-01
在射频和微波通信系统中，频率源扮演着重要的角色，其性能直接影响着整个通信系统。随着无线通信技术的飞速发展，不同的设计方案设计出了各种各样的频率源。其中采用锁相环设计的频率源具有输出频率高、频率纯、低相噪、杂散抑制较好等优点。频率源较早设计采用分立元器件，由于分立元器件的体积决定了该设计的频率源电路体积较大，并且分离元器件的损坏会导致整个频率源无法正常工作。随着集成芯片技术的发展，目前可以将锁相环的功能由单一芯片来实现，大大简化了电路的结构，也大大减少了电路调试的工作量。本文以ADF4355锁相频率合成器为核心，设计了一种用单片机来控制的锁相环电路。该设计外围电路结构简单，设计尺寸较小，调试只需对芯片外围环路滤波器进行调节，便可实现控制频率的输出。与分立器件实现的锁相环相对比，ADF4355设计的锁相环电路结构简单、体积小、调试工作简单、抗干扰性能好.
1. ADF4355-3锁相频率合成器简介
ADF4355-3是一种宽带低相噪频率合成器，内置低噪声的宽带集成VCO，其中VCO基波输出频率为3300MHz～6600MHz，可以通过芯片内部分频电路，来产生54MHz～6600MHz的输出频率。另外，ADF4355具有4/5、8/9的可编程的双模前置预分频计数器，输出使能和输出功率可通过编程设置。ADF4355片内的所有寄存器通过DATA、CLK、LE三线串行控制接口控制，简单且易编程。ADF4355的工作电源电压为3.3V和5V，鉴相器最高工作频率单独输入为250MHz，差分输入为600MHz，VCO灵敏度为63MHz/V，射频输出功率为3dBm～8dBm。
ADF4355-3的工作原理：有芯片外部提供的参考频率通过REFIN引脚输入，经2倍频器、R分频器、2分频器后，提供给鉴相器PHASE，作为鉴相器的鉴相频率，此为频率合成器的参考比较频率。鉴相器将N分频器送来的频率F与鉴相频率FPDF进行比较，将两者的频率和相位差异变换与之成比例的脉冲输出，提供给电荷泵CHARGE PUMP。从CPout输出端口的推拉电流将携带鉴相器比较的FPDF与FN的相位误差信息。从CPOUT端口输出的推拉电流通过芯片外部的环路滤波器积分后滤除鉴相器杂散，变成携带相位误差信息的调谐电压。调谐电压从VTUNE引脚进入，调谐片上VCO，是片上VCO输出响应的频率。片上VCO的输出频率经分频器后经过输出电路输出成为所需射频输出信号RFOUT。当输出的频率RFOUT不等于设定值时，通过N分频后的频率FN与鉴相频率FPFD不等，鉴相器将其相位差输出，通过电流泵调整VCO的调谐电压，使VCO输出频率改变。直到VCO输出频率值等于设定值时，FN与FPFD相同，系统达到稳定状态。
2 频率合成器参数设计
对于ADF4355锁相频率合成器而言，系统设计主要是确定锁相环的参考频率、鉴相频率、前置预分频器R、分频器N的大小以及滤波器的环路带宽和参数。
其中VCOOUT是射频频率输出，INT是整数分频系数，FRAC1是朱勇小數分频系数，FRAC2是辅助小数分频系数，MOD1和MOD2分别代表不同定义的模数。
3 系统实现
ADF4355-3锁相频率合成器与控制板进行连接。控制板分别与ADF4355-3的LE、DATA、CLK连接。CLK为串行时钟输入，LE为加载使能，DATA为串行数据输入。数据通过写入寄存器从而实现ADF4355-3不同频率信号的输出。
4 性能测试
5 结论
本文介绍了利用ADF4355-3锁相频率合成器来进行频率源设计，通过对该集成芯片的研究，通过仿真设计软件给出了环路滤波器设计的关键参数，最终完成原理图及PCB设计。通过对硬件电路的调试和性能优化，实现了一个结构简单、输出频率较宽的频率源。
参考文献
[1]Analog Devices Inc. Microwave Wideband Synthesizer with Integrated VCO ADF4355-3 Data Sheet.
[2]徐述武，王海勇，唐云峰. 基于ADF4350锁相频率合成器的频率源设计与实现[J].电子器件，2010年12月
[3]刘轶，严伟著， 射频电路设计原理[M].北京：科学出版社，2016