頻率合成芯片ADF4110及其應(yīng)用

【摘 要】ADF4110是ADI公司生產(chǎn)的高集成度PLL頻率合成器，該芯片具有寬頻帶、低噪聲、低功耗及低成本等優(yōu)點(diǎn)，具有550MHz帶寬。結(jié)合其性能特點(diǎn)和頻率合成器原理，設(shè)計(jì)基于ADF4110的頻率合成器。本方案可用于工程應(yīng)用中。

【關(guān)鍵詞】頻率合成 鎖相環(huán) 環(huán)路濾波 ADF4110

頻率合成技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)中的重要組成部分之一，可為通信設(shè)備提供精確且能迅速轉(zhuǎn)換的載波信號(hào)和本振信號(hào)，其主要分為直接頻率合成法、鎖相頻率合成法、以及直接數(shù)字頻率合成法三種。鎖相頻率合成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出頻譜純度高，它是目前頻率合成技術(shù)中的主要形式。

本文中的鎖相頻率合成器是利用整數(shù)頻率合成芯片ADF4110設(shè)計(jì)構(gòu)成的。

一、ADF4110特性及工作原理

一個(gè)典型的頻率合成器通常由鑒相器（ PD） 、環(huán)路濾波器（LP） 、壓控振蕩器（VCO）和可變程序分頻器組成，其原理框圖如圖1所示。

設(shè)晶振的輸出頻率為REFin， VCO 輸出頻率為RFOUT。REFin經(jīng)R分頻產(chǎn)生的頻率與RFOUT經(jīng)N分頻后在鑒相器進(jìn)行相位比較，產(chǎn)生誤差控制電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器濾除高頻分量和噪聲后，控制VCO產(chǎn)生所需的振蕩頻率。則REFin與RFOUT滿足公式：

RFOUT=REFin*N/R

其中R和N分別為參考分頻器和主分頻器的分頻比，在外部設(shè)置并行或串行數(shù)據(jù)控制分頻比， 就可以產(chǎn)生出所需要的頻率信號(hào)。用鎖相環(huán)構(gòu)成的頻率合成器具有頻率穩(wěn)定度高、相位噪聲小、電路簡(jiǎn)單易集成、易編程等特點(diǎn)。

ADF4110芯片由一個(gè)低噪聲的數(shù)字鑒頻鑒相器（PFD），一個(gè)精確的充電泵，一個(gè)可編程的基準(zhǔn)分頻器R，可編程的A、B計(jì)數(shù)器以及一個(gè)雙模前置分頻器（P/P+1）組成。A（6位）和B（13位）計(jì)數(shù)器與雙模前置分頻器（P/P+1）連接，能實(shí)現(xiàn)一個(gè)分頻比為N的分頻器（N=BP+A）。ADF4110頻率合成器與外部環(huán)路濾波器和壓控振蕩器（VCO）可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的鎖相環(huán)路。

ADF4110工作頻率為550MHz，電源電壓為2.7V～5.5V，獨(dú)立的充電泵電源電壓（VP）允許在3V的系統(tǒng)中使用外部的調(diào)諧電壓，充電泵電流和反向脈沖寬度可編程。可編程雙模式前置分頻器，其分頻比為8/9、16/17、32/33和64/65，并具有3線式串行接口、模擬和數(shù)字鎖定檢測(cè)、硬件和軟件控制的低功耗模式。

二、頻率合成器的實(shí)現(xiàn)

本頻率合成器由ADF4110、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和控制單片機(jī)構(gòu)成。參考時(shí)鐘采用10MHz的溫補(bǔ)晶振， 單片機(jī)選用SILABS公司的C8051F340， 負(fù)責(zé)將ADF4110所需要的參數(shù)寫(xiě)入到相應(yīng)的寄存器，壓控振蕩器選用MINI公司的ROS-485-119+。

環(huán)路濾波器的形式和參數(shù)的選取是環(huán)路設(shè)計(jì)與調(diào)試的關(guān)鍵， 在VCO、頻率合成芯片以及參考晶振確定的情況下，環(huán)路濾波器從很大程度上決定了整個(gè)環(huán)路的性能。其主要影響本振信號(hào)相位噪聲和參考雜散的指標(biāo)，設(shè)計(jì)過(guò)程中需合理選擇環(huán)路濾波器帶寬。本方案中環(huán)路濾波器采用三階無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)ADI公司提供的ADI simPLL仿真軟件進(jìn)行仿真確定電阻電容的參數(shù)。

要產(chǎn)生頻率為462.3MHz、分辨率f為50kHz的載頻信號(hào)，采用的參考頻率源為10MHz的溫補(bǔ)晶體，前置分頻器分頻比選為8/9，計(jì)算相關(guān)參數(shù)為：

R=REFin/f=10MHz/50kHz=200

N=8B+A=RFOUT/f=462.3MHz/50kHz=9246，則B=1155，A=6

電路設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)C8051單片機(jī)將CLK、DATA和LE的值按照規(guī)定的時(shí)序送入ADF4110各寄存器。

三、結(jié)果及分析

系統(tǒng)的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)安捷倫頻譜分析儀測(cè)試，輸出頻率為462.2999MHz，輸出幅度為4.359dBm，帶內(nèi)雜散普遍優(yōu)于-60dB，通過(guò)計(jì)算其5kHz處相位噪聲優(yōu)于-85dBc/Hz。

四、結(jié)束語(yǔ)

ADF4110是一款高性能的鎖相環(huán)芯片，該器件相位噪聲低、功耗低、使用方便。本文介紹了基于ADF4110芯片的頻率合成器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用靈活，通過(guò)選取不同的壓控振蕩器和環(huán)路濾波器可以得到不同頻段的本振信號(hào)，性能指標(biāo)可滿足多種通信系統(tǒng)的使用要求。

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