MAX2871在手持式無(wú)線電綜測(cè)試儀中的應(yīng)用

宮夏

【摘 要】本振合成電路是無(wú)線電發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的重要組成部分，它為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的頻率變換提供本振信號(hào)。隨著儀器小型化的發(fā)展，內(nèi)部空間越來(lái)越小，本振合成電路的小型化設(shè)計(jì)必不可少。MAX2871是一款集成壓控振蕩器（VCO）的超寬頻帶鎖相環(huán)（PLL），可產(chǎn)生23.5MHz～6000MHz頻率范圍的時(shí)鐘，滿足手持式無(wú)線電綜測(cè)儀所需的本振頻率，減小了射頻電路面積，達(dá)到小型化儀器設(shè)計(jì)目的。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線電綜測(cè)儀；MAX2871；發(fā)射機(jī)；接收機(jī)

【Abstract】Local oscillator synthesis circuits are important parts of Transmitter and Receiver，it will provide local oscillator signals for Transmitter and Receivers frequency conversion.With the development of instruments miniaturization，and internal space is more and more smaller，to carry out miniaturization design of local oscillator synthesis circuits are essential.MAX2871 is an ultra-wideband phase-locked loop（PLL） with integrated voltage control oscilltors（VCO），capable of synthesizing frequencies from 23.5MHz to 6000MHz，satisfy handheld Radio Test Set requirements of the local oscillator frequency，reduced RF circuits area，achieving miniaturization of instrument design.

【Key words】Radio Test Set；MA2871；Transmitter；Receiver

0 引言

手持式無(wú)線電綜測(cè)試儀能夠測(cè)試無(wú)線電通信系統(tǒng)幾乎所有的部分：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、連接電纜和天線。它的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)射頻信號(hào)上下變頻所需的本振信號(hào)，傳統(tǒng)的本振合成方案大概需要100個(gè)左右的分離器件，占用PCB面積約50mm×50mm，這樣四個(gè)本振電路的面積就將達(dá)到200mm×50mm，這是手持式儀器電路設(shè)計(jì)所不能接受的。

MAX2871是MAXIM公司推出的一款高性能、集成壓控振蕩器（VCO）的超寬頻帶鎖相環(huán)（PLL），配合外部參考時(shí)鐘振蕩器和環(huán)路濾波器，可產(chǎn)生23.5MHz～6000MHz頻率范圍的時(shí)鐘，+3.0～+3.6V供電，兼容1.8V控制邏輯，且體積僅為5mm×5mm×0.75mm[1]。既可為手持式無(wú)線電綜測(cè)儀上下變頻通路提供所需的本振信號(hào)，又可降低本振合成電路面積，達(dá)到整機(jī)小型化、低功耗設(shè)計(jì)目的。

本文主要從MAX2871電路原理及寄存器設(shè)置、MAX2871在變頻通路中的應(yīng)用兩個(gè)方面著重介紹MAX2871在手持式無(wú)線電綜測(cè)試儀中的應(yīng)用。

1 MAX2871電路原理及寄存器設(shè)置

MAX2871關(guān)鍵特性如下：

（1）輸出頻率范圍：23.5MHz～6000MHz

（2）最大鑒相頻率（PFD）：140MHz

（3）最大參考時(shí)鐘頻率：210MHz

（4）可編程輸出功率：-4dBm～+5dBm

1.1 MAX2871電路原理設(shè)計(jì)

MAX2871射頻輸出端口支持雙路差分輸出，本設(shè)計(jì)中采用單路+單端+基頻輸出方式，未使用的另一輸出端應(yīng)該端接相應(yīng)負(fù)載，并且和使用的輸出端一樣上拉至電源。沒(méi)有使用的差分輸出端口應(yīng)直接連接到VCC_RF，同時(shí)在Register 4中將其設(shè)置為禁止輸出。

無(wú)線電綜測(cè)儀上下變頻通路共需使用4個(gè)MAX2871，其硬件電路基本一致，只需在軟件中設(shè)置不同頻率的寄存器參數(shù)，便可輸出相應(yīng)頻率的本振信號(hào)。以發(fā)射第二本振為例，MAX2871電路原理圖如圖1所示。

1.2 MAX2871相關(guān)寄存器參數(shù)設(shè)置

MAX2871需設(shè)置5個(gè)寄存器參數(shù)，設(shè)置順序?yàn)?x05，0x04，0x03，0x

式中，為鑒相頻率，為外部時(shí)鐘參考，DBR為參考倍頻模式選擇，RDVI2為參考分頻模式選擇，R為分頻比（1～1023）。本設(shè)計(jì)中MAX2871采用25MHz鑒相頻率，則分別可得出DBR=0，R=2，RDVI2=1，然后在Register 2中設(shè)置好相應(yīng)控制參數(shù)即可。

由于本設(shè)計(jì)采用單路+單端+基頻輸出方式，因此輸出頻率計(jì)算公式為：

式中，為輸出頻率，N為16位整數(shù)模（寄存器0控制），M為小數(shù)模（寄存器1控制，此處取最大值4095），F(xiàn)為小數(shù)分頻比值（0～M-1，寄存器0控制）。若發(fā)射二本振頻率為3115.5MHz，鑒相頻率為25MHz，則N=124，F(xiàn)=0.62×M=2539，由此可得出相關(guān)寄存器的參數(shù)值，然后通過(guò)CPLD將寄存器參數(shù)寫(xiě)入MAX2871。

2 MAX2871在變頻通路中的應(yīng)用

2.1 發(fā)射通路上變頻

無(wú)線電綜測(cè)試儀發(fā)射通路采用超外差式發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)[2]，通過(guò)三級(jí)上變頻的方式實(shí)現(xiàn)12.5MHz中頻信號(hào)到2MHz～2700MHz發(fā)射信號(hào)的轉(zhuǎn)換。12.5MHz中頻信號(hào)由中頻板DAC成型，經(jīng)放大、濾波后，通過(guò)屏蔽線纜送入發(fā)射通路，作為第一中發(fā)射頻。該第一發(fā)射中頻與本振板上的100MHz第一發(fā)射本振混頻產(chǎn)生87.5MHz第二發(fā)射中頻。該第二發(fā)射中頻與MAX2871提供的3115.5MHz第二發(fā)射本振混頻，產(chǎn)生3203MHz第三發(fā)射中頻。該第三發(fā)射中頻與MAX2871提供的3205MHz～5903MHz第三發(fā)射本振混頻，產(chǎn)生2MHz～2700MHz發(fā)射信號(hào)。發(fā)射通路三級(jí)上變頻原理框圖如圖2所示。

2.2 接收通路下變頻

無(wú)線電綜測(cè)試儀接收通路采用超外差式接收機(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)三級(jí)變頻的方式實(shí)現(xiàn)2MHz～2700MHz輸入信號(hào)到10.7MHz固定中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。為了避免鏡像頻率，第一次變頻采用上變頻技術(shù)：MAX2871產(chǎn)生的第一接收本振3207.7MHz～5905.7MHz與射頻輸入信號(hào)2MHz～2700MHz混頻，產(chǎn)生3205.7MHz第一接收中頻。該第一接收中頻與MAX2871產(chǎn)生的第二接收本振3095MHz混頻，產(chǎn)生110.7MHz第二接收中頻。該第二接收中頻與第三接收本振100MHz混頻，產(chǎn)生10.7MHz中頻。10.7MHz中頻信號(hào)經(jīng)濾波、放大后通過(guò)屏蔽電纜送入中頻板進(jìn)行信號(hào)分析[3]。接收通路三級(jí)下變頻原理框圖如圖3所示：

2.3 MAX2871輸出本振頻率的選取

變頻通路中本振頻率及中頻頻率的選取尤為重要，不合適的本振頻率及中頻頻率會(huì)導(dǎo)致信號(hào)合成源輸出雜散頻點(diǎn)及接收機(jī)剩余響應(yīng)點(diǎn)的增加，降低發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的整體性能。

由于混頻器的射頻輸入與中頻輸出端的有限隔離，輸入信號(hào)可能不經(jīng)轉(zhuǎn)換而直接泄露至后級(jí)通路，發(fā)射通路中最后一級(jí)濾波器為2.7GHz低通濾波器，為了減小本振及中頻泄露雜散信號(hào)的幅度，發(fā)射本振頻率及中頻頻率均應(yīng)在2.7GHz低通濾波器帶外，這樣高于2.7GHz的本振信號(hào)及中頻信號(hào)可被低通濾波器濾除，減小了第三本振及中頻泄露所帶來(lái)的雜散信號(hào)幅度。

剩余響應(yīng)又稱(chēng)為殘余響應(yīng)，它是接收機(jī)的一項(xiàng)重要測(cè)試指標(biāo)，是指接收機(jī)在沒(méi)有任何外部信號(hào)輸入的情況下，由于接收機(jī)自身多級(jí)變頻本振的諧波、晶體振蕩器的諧波互相混頻產(chǎn)生，是一種不可避免的假響應(yīng)，功率較大時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍[4]。

接收通路本振信號(hào)的各次諧波互相混頻產(chǎn)生的中頻信號(hào)落入中頻濾波器帶內(nèi)，進(jìn)而會(huì)在頻譜分析儀中顯示出來(lái)，因此在設(shè)計(jì)接收通路變頻方案時(shí)，必須合理選擇各級(jí)MAX2871輸出本振的頻率，盡可能減少剩余響應(yīng)點(diǎn)數(shù)?？赏ㄟ^(guò)Matlab建模仿真的方法計(jì)算不同輸出本振頻率下所產(chǎn)生剩余響應(yīng)的點(diǎn)數(shù)，然后再排除各級(jí)本振高次諧波（需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行取舍）的因素后，綜合比較選取產(chǎn)生剩余響應(yīng)點(diǎn)數(shù)少的本振頻率作為接收變頻通路的本振信號(hào)，再配合硬件電路所設(shè)計(jì)的濾波器，最終達(dá)到減小剩余響應(yīng)點(diǎn)數(shù)及幅度的目的。

此外，過(guò)大的本振信號(hào)功率會(huì)導(dǎo)致混頻器工作在非線性區(qū)，進(jìn)而導(dǎo)致剩余響應(yīng)幅度的增加。合理的本振輸出功率也是減小剩余響應(yīng)點(diǎn)的有效手段之一，本振輸出功率可通過(guò)MAX2871的Register 4進(jìn)行設(shè)置，確保本振的輸出功率正常驅(qū)動(dòng)混頻器即可，不可過(guò)大[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用超寬頻帶、集成壓控振蕩器的鎖相環(huán)MAX2871作為手持式無(wú)線電綜測(cè)儀發(fā)射機(jī)與接收機(jī)變頻通路的本振源，與傳統(tǒng)本振合成方案相比，大大減小了射頻電路面積、降低了整機(jī)功耗，為手持式無(wú)線電綜測(cè)儀的實(shí)現(xiàn)提供良好的硬件基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]MAX2871.pdf.https：//www.maximintegrated.com/cn/products/comms/wireless-rf/MAX2871.html.

[2]熊晶.基于認(rèn)知無(wú)線電的射頻發(fā)射前端關(guān)鍵技術(shù)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

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[4]邱康康.小型化頻譜監(jiān)測(cè)設(shè)備前端組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2014.

[5]張明岳，杜會(huì)文，杜以濤.一種信號(hào)分析儀剩余響應(yīng)的抑制方法研究[J].電子世界，2016（07）：133-134.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]