基于LMX41的低相噪頻率源的設(shè)計

尚善學(xué) 趙羽

摘 要： 頻率合成器是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中一個重要組成部分，在數(shù)字通信、衛(wèi)星通信、遙測遙控、雷達(dá)、導(dǎo)航等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。文中介紹了鎖相頻率合成技術(shù)的基本原理和性能指標(biāo)，給出了一種利用LMX2541實現(xiàn)頻率合成器的硬件結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法，并對其主要指標(biāo)進(jìn)行了測試，測試結(jié)果顯示其具有低相位噪聲、低雜散和結(jié)構(gòu)簡單的特點，滿足了設(shè)計指標(biāo)的要求。

關(guān)鍵詞：頻率合成器 鎖相環(huán) 相位噪聲 LMX2541

Abstract ：Frequency synthesizer is the key part of modem communications systems ， which are widely used in digital communications， satellite communications， TT&C， radar， navigation and other fields. The basic principle and performance standard of PLL frequency synthesizer are introduced in this paper.A hardware structure for realizing frequency synthesizer based on LMX2541 and implementation methords are given. From the measured results， we can see that the frequency synthesizer has characteristics of low phase noise， low spurious and simple stucture， which satisfy the design requirments of the index.

Keywords：frequency synthesizer； PLL； phase noise； LMX2541

中圖分類號：TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）07-0274-01

一、引言

頻率源可在雷達(dá)中用作本振信號或作為數(shù)據(jù)處理的采樣時鐘等，在雷達(dá)領(lǐng)域有著重要的作用。相位噪聲和雜散是衡量頻率源的兩個重要指標(biāo)[1]。頻率源的設(shè)計主要有三種技術(shù)：直接頻率合成技術(shù)、直接數(shù)字頻率合成技術(shù)和鎖相式頻率合成技術(shù)。

本文基于LMX2541鎖相環(huán)芯片設(shè)計出一種低相噪低雜散的頻率源，實驗結(jié)果表明該頻率源的設(shè)計取得了理想的效果。

LMX2541芯片[2]由NS推出的一款超低噪、高度集成的頻率合成器。頻率源指標(biāo)：輸出2600MHz；輸出功率大于15dBm；雜散抑制不小于-60dBc；相噪小于-100dBc/Hz@10KHz，-120dBc/Hz@1MHz。

鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)是一種相位負(fù)反饋技術(shù)，通過比較輸入基準(zhǔn)頻率與經(jīng)過分頻器N的輸出頻率，通過與兩輸入信號相位差成正比的誤差電壓控制壓控振蕩器的輸出頻率，使其經(jīng)過分頻器N后的頻率與輸入的頻率與輸入基準(zhǔn)頻率相等。一個基本的鎖相環(huán)主要由鑒相器、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器三個基本部分組成。

LMX2541芯片有12個寄存器，包含有多個分頻系數(shù)寄存器、鎖定檢測寄存器和電荷泵寄存器等。數(shù)據(jù)寫入采用的是SPI總線形式，時序圖如圖1所示。

CLK為來自單片機Attiny13的時鐘信號，在CLK的第一個上升沿時，DATA為高電平開始寫入，LE為寫使能，低電平有效。DATA先輸入數(shù)據(jù)，最后再輸入4位寄存器值，在每一個時鐘的上升沿，數(shù)據(jù)被送入芯片，高位數(shù)據(jù)先進(jìn)。

二、鎖相式頻率合成器電路設(shè)計

基于LMX2541芯片的頻率源技術(shù)方案設(shè)計如下圖2所示。

2.控制電路設(shè)計

對芯片的CLK、DATA、LE控制時，選用Attiny13芯片，其為AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。VCC為數(shù)字電路的電源，供電+3.3V；端口B為6位雙向I/O口，有可編程的內(nèi)部上拉電阻。PB3、PB4、PB0以及PB1分別接LMX2541芯片的CLK、DATA、LE以及Ftest/LD管腳；RESET是復(fù)位輸入引腳，持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。

三、頻率合成器指標(biāo)測試

頻率合成器測試指標(biāo)包括相位噪聲與輸出功率，在測試電路中，選用Agilent-E4447A頻譜儀，頻率范圍為3Hz～42.98GHz，采用頻譜儀的對數(shù)曲線功能，用其測量輸出信號的輸出功率以及在10KHz與1MHz頻偏下的相位噪聲。

頻率源輸出2600MHz，功率為16.3dBm，10KHz處相噪為-109dBc/Hz，1MHz處相噪為-132dBc/Hz，輸出功率及相位噪聲頻譜圖如下圖3所示。

四、實驗結(jié)果與分析

由測量結(jié)果可以看出無論是在10KHz處還是在1MHz處，頻率源輸出功率與相位噪聲均滿足系統(tǒng)指標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]潘玉劍，張曉發(fā)， 袁乃昌.基于HMC830的低相噪低雜.散頻率源的設(shè)計[J]. 電子設(shè)計， 2011， 10（6）：180-183.

[2]LMX2541， Datasheet. Ultra-Low Noise PLL Frequency Synthesizer With integrated VCO.National Semiconductor.

作者介紹：尚善學(xué)，男，（1988-），山東日照人，燕山大學(xué)，電子與通信工程，工學(xué)碩士，助理工程師。

趙羽，男，（1986-），陜西咸陽人，西安電子科技大學(xué)，電子信息工程專業(yè)，本科，助理工程師。