利用PLL芯片ADF4360_4的本振信號源的參數(shù)和方案設計

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

1 ADF4360_4的性能特點

ADF4360_4豐要由數(shù)字鑒相器、電荷泵、R分頻器、A，B計數(shù)器及雙模前置P／P+1分頻器等組成。數(shù)字鑒相器對R計數(shù)器與N計數(shù)器的輸出信號進行相位比較，得到一個誤差電壓。14bit可編程參考R分頻器對外部晶振分頻后得到參考頻率。該器件可以通過可編程6位A計數(shù)器、13位B計數(shù)器及雙模前置分頻器（P／P+1）來共同完成主分頻比N （N=BP+A）。因此，設計時只需外加環(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應小于8 MHz。

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

（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，可輸出725～875 MHz的頻率信號；

（2）工作電壓為3～3.6 V；

（3）合成器的輸出信號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）能夠進行模擬和數(shù)字鎖定檢測；

（6）芯片內部集成又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，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數(shù)器；B為主可編程計數(shù)器；MC為模控制邏輯電路。

雙模前置分頻器通常只有兩個計數(shù)工作模式，但工作時只要一個?？刂菩盘柧涂梢詫崿F(xiàn)簡單的換模計數(shù)工作，而不需要采用類似可編程分頻器那樣復雜的預置操作，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的應用電路

利用鎖相環(huán)頻率合成器件設計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。該電路可將來自AP的2.4 GHz信號下變換到950MHz，以供WLAN中的混頻器使用，并最終使信號可以在特定的電纜上傳輸。

本電路用ADF4360_4來產生1.5 GHz的本地振蕩信號（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芯片提供時鐘。使用時，該晶振應接到ADF4360_4的參考時鐘輸入引腳CLK_ref，且其內部電荷泵輸出引腳CP（ChargePump）與VCO輸出引腳VTUNE之間還應接入環(huán)路濾波電路。

一個三階環(huán)路濾波電路，在該電路中，PFD的相位檢測頻率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，可以據此計算出其參考分頻比R為100。事實上，在設計時，可以利用ADI公司提供的ADIsimPLL工具計算出三階環(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，都必須給內部數(shù)字寄存器寫入一定的值才能獲得需要的本振輸出。而每次掉電后，原來寫入內部數(shù)字寄存器的值也隨之消失。所以，設計時可用FPGA控制板來寫入數(shù)據。FPGA可選用ALTERA公司的EP1C3T100C6芯片，同時也可以外接20MHz的石英晶振來為其提供時鐘。FPGA板上設置的5個按鍵分別為RESET（復位鍵）、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為串行時鐘輸入，DATA為串行數(shù)據輸入，LE為加載使能，該位為邏輯“1”時表示加載，LE由FPGA板子上的CE使能鍵控制。每次加載數(shù)據時。應先按RESET鍵復位，然后按CE使能鍵。這樣，當FP-GA板和ADF4360_4連通后，即可傳輸數(shù)據，然后依次按R、C、N以使數(shù)據依次寫入。

數(shù)據輸入時，首先由DATA在每個CLK的上升沿從MSB（最高有效位）開始依次寫入24位移位寄存器中的數(shù)據并一次性鎖存到目標寄存器，然后再進行下一個目標寄存器的初始化。目標寄存器的選擇可由移位寄存器中的最末兩位DB1和DB0來決定。對寄存器賦值的順序為R-C-N。而且C和N寄存器的賦值間隔應大于5 ms。

本系統(tǒng)的數(shù)據輸入控制程序可用Verilog吾言編寫，同時可在Quartus6.0下編寫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：

4 結束語

利用鎖相頻率合成芯片ADF4360_4可為混頻電路設計本振信號源。本文給出了用ADF4360-4設計混頻器本振信號源的關鍵參數(shù)及設計方法，同時給出了ADF4360_4芯片的控制方法及程序。事實上，利用ADF4360_4鎖相頻率合成器可在許多通信系統(tǒng)中簡化倍頻裝置和電路結構，降低功耗和設備成本，因而可在射頻電路系統(tǒng)（如無線局域網）中得到廣泛應用。

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