基于數(shù)字鎖相環(huán)的寬帶頻率源的設(shè)計

馬俊合 張艷妮 雷磊

摘要：隨著雷達(dá)技術(shù)快速發(fā)展，對頻率合成器的穩(wěn)定性、頻率的范圍、頻譜的純度以及捷變頻速度的要求更高。本文主要介紹數(shù)字鎖相環(huán)路的原理，對集成鎖相環(huán)芯片ADF4107的相關(guān)性能進(jìn)行分析和研究，利用其設(shè)計的具有多個頻道的寬帶頻率合成器，結(jié)構(gòu)比較簡單、穩(wěn)定性能較好、具有較高的精度，容易實現(xiàn)等特點。

關(guān)鍵詞：數(shù)字鎖相環(huán) 寬帶頻率源 設(shè)計

中圖分類號：TN74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

目前，頻率合成的方式有很多種，對頻率合成器進(jìn)行直接模擬能夠獲得很大的頻率切換速度，但是由于受到濾波器、體積等影響的限制，也存在著一定的難度。鎖相頻率合成器是利用鎖相環(huán)，在高精度參考晶振的信號上鎖上振蕩器的輸出頻率，工作頻率比較高，頻帶寬，頻譜的質(zhì)量也比較好。但是對于分辨率、頻率建立時間等問題上，數(shù)字頻率合成器的效果要更好。現(xiàn)今社會中，大規(guī)模化的集成電路實現(xiàn)了良好的發(fā)展與進(jìn)步，對傳統(tǒng)模擬電路設(shè)計產(chǎn)生了一定的沖擊，在實際應(yīng)用中，數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)有著很好的發(fā)展前景，工作頻率更加簡單、精細(xì)，集成化逐漸提升，體積減小，更能夠滿足雷達(dá)系統(tǒng)的實際需要，可以被應(yīng)用在一些比較特殊的場合中。

1 鎖相環(huán)頻率合成器的基本原理

鎖相環(huán)其實是一種相位負(fù)反饋控制系統(tǒng)，將參考信號和壓控振蕩器輸出信號進(jìn)行對比，獲得一定的誤差，以此控制電壓，使壓控振蕩器的頻率得到科學(xué)的調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號與輸出信號相同的相位以及相同的頻率。如果在環(huán)路工作中，輸入信號與壓控振蕩器之間的頻率是不一致的，二者之間會有比較固定的頻率差，相位差也會在不停變化，對比鑒相器輸入信號與壓控振蕩器輸出信號的相位，誤差電壓會在合理范圍內(nèi)出現(xiàn)變動，壓控振蕩器在誤差電壓的影響下，其頻率也會發(fā)生變化。[1]如果輸入信號與壓控振蕩器二者在頻率上是一致的，二者間的頻率差就為零，即使時間不短變化，相差也不會發(fā)生變化，誤差電壓就會是一個固定的值，環(huán)路也就進(jìn)入到了一種“鎖定”的狀態(tài)中。

在目前的雷達(dá)工作中，雷達(dá)工作都有著比較寬的頻帶。要想在更大空間內(nèi)實現(xiàn)更多的頻率數(shù)，得到比較小的不僅頻率，一般情況下使用的是吞脈沖式鎖相環(huán)頻率合成器。這種吞脈沖技術(shù)利用模式對電平大小進(jìn)行調(diào)控，調(diào)控工作是借助于雙模前置分頻器開展的，進(jìn)而對吞脈沖技術(shù)的分頻比進(jìn)行控制。作為負(fù)反饋相位控制系統(tǒng)，鎖相環(huán)路以鑒相器、壓控振蕩器、以及環(huán)路濾波器和可以編程的分頻器等部分為主要構(gòu)成部件。[2]

使用穩(wěn)定性比較高的晶體振蕩器進(jìn)行信號輸入，以此作為參考，在合理的范圍內(nèi)，就能夠收獲與這種晶振頻率穩(wěn)定差不多的大量的離散頻率信號。利用邏輯電路的方式，保證可變分頻器的分頻的設(shè)計更加科學(xué)合理，不影響硬件設(shè)計的前提下，對設(shè)計方法進(jìn)行重新的修改，頻率間隔較小的離散頻率信號就可以通過重新編程而順利實現(xiàn)，能夠使系統(tǒng)得到更大范圍的使用。

2 ADF4107的數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計

集成鎖相環(huán)芯片ADF4107分析：

ADF4107是一種新型的鎖相環(huán)芯片，是由美國AD公司生產(chǎn)的，這種芯片有著比較高的頻率上限，性能方面也比較強。這種芯片將鎖相環(huán)頻率合成器中的很多部件集中起來，只是通過比較簡單的外圍電路設(shè)計，就可以建造出一個功率能耗比較小，噪聲低，并且穩(wěn)定性高，并且很可靠的完整的頻率合成器。這種合成器比較簡單靈活，能夠使系統(tǒng)的體積得以縮小。

ADF4107寬帶為7GHz，寬帶超寬，要在電源為2.7-3.2V下進(jìn)行工作。在收發(fā)系統(tǒng)中應(yīng)用比較普遍，主要將本振信號提供給上下變頻。[3]。參考分頻器其實就是一個14bit的R計數(shù)器，主要是分頻外部恒溫的晶振，分頻比可以設(shè)置為1-16382，進(jìn)而獲得可以參考的頻率值。利用數(shù)字鑒相器使參考分頻器與射頻前置分頻器的輸出相位得到科學(xué)的對比，輸出的誤差電壓是與二者相位誤差成比例的。通過鑒相器內(nèi)部的可以編程的延遲單元，保證對翻轉(zhuǎn)脈沖的寬度能夠得到有效地調(diào)控，翻轉(zhuǎn)脈沖能夠保證鑒相器的傳遞函數(shù)是靈活地，能夠減少相位的噪音，避免出現(xiàn)雜亂零散的參考。壓控振蕩器反饋的信號通過分頻被送到鑒相器，對比參考信號相位，出現(xiàn)與二者相位存在一定誤差比例的誤差電壓。以電荷泵作為輸入裝置，最后進(jìn)入到低通濾波器中，低通濾波器可以將鑒相器輸出的高頻分量濾除，利用輸出的直流電壓對壓控振蕩器的輸出頻率進(jìn)行控制，壓控振蕩器將與控制電壓相對應(yīng)的頻率進(jìn)行輸出。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段，雷達(dá)、航天、通訊等技術(shù)實現(xiàn)了良好的發(fā)展，頻率合成技術(shù)的要求也逐漸提高，這種集成鎖相環(huán)頻率合成器雖然體積很小，但是消耗的成本不多，功能也比較齊全，且能耗少，可以被應(yīng)用到大規(guī)模的生產(chǎn)中，因而得到更多重視。

參考文獻(xiàn)

[1]徐飛，劉永智，蘭偉良.基于數(shù)字鑒頻器的新型微波鎖相環(huán)捕獲方法[J].空軍雷達(dá)學(xué)院學(xué)報，2011，03：199-201.

[2]孫玨.基于數(shù)字鎖相環(huán)的寬帶頻率源設(shè)計[J].艦船電子對抗，2011，03：110-113.

[3]管凝，盧起斌，李正祥.基于ADF4001與MAX2620的寬帶鎖相頻率源設(shè)計[J].電子器件，2011，04：424-427.