基于ADF4350的寬帶信號源設計

姜浩

【摘要】 設計基于ADF4350的信號源，系統由上位機發送串口指令至STM32單片機，單片機通過三線式串行接口（SPI）配置R0-R5寄存器，改變ADF4350輸出不同頻點。芯片的模擬和數字鎖定引腳，可用于檢測PLL的鎖定情況。

【關鍵字】 ADF4350 單片機 信號源 集成VCO

一、前言

實際的信號源設計中，采用直接數字頻率合成器（DDFS），信號源的頻點切換迅速，頻率分辨率極高，但其輸出頻率較低，相噪及雜散較高。FPGA與高速DAC結合制作信號源，FPGA調用DDS IP核的形式，產生高速變化的數據至DAC，通過對DAC的配置，產生正弦的階梯波，最后經低通濾器的平滑處理，得到所需頻率的波形，可完成頻率輸出，通過這種方式，可產生較高的輸出頻率，但設計成本較高。因此設計基于基于ADF4350的信號源，輸出信號頻率范圍較寬、相位噪聲低、設計成本低廉。

二、系統方案描述

系統由上位機控制信號源頻率輸出，通過通用異步收發傳輸器（UART）發送ADF4350的頻率配置指令，STM32將串口協議解析，以SPI的形式將配置指令發送至ADF4350，實現波形輸出。系統實現了上位機對器件的直觀控制，上位機串口指令的發送，簡化電路結構，便于人機交互。

三、ADF4350的功能描述

外部參考時鐘輸出后，通過寄存器至R分頻器輸出，ADF4350內部鑒頻鑒相器（PFD）將R分頻器輸入作為基準時鐘，同時接受N計數器輸入，產生與兩者相位、頻率差成比例的輸出CPout，CPout與VTUNE構成環路濾波，將信息反饋至VCO CORE，作為N計數器輸出參考，以此反復，直至RF差分信號穩定輸出。器件LD引腳作為硬件鎖定檢測輸出引腳，硬件上將其連接LED指示燈，便于觀察器件鎖定情況。MUXOUT引腳為多路復用引腳，通過編程控制，可作為外部MCU訪問器件的鎖定檢測、經過縮放的RF或基準頻率。ADF4350的功能框圖如圖所示3-1所示：

四、系統的程序設計

本系統的程序設計重點在于ADF4350配置部分。上位機通信由用戶發送控制指令至STM32。STM32依次將控制指令，以SPI串行通信形式，發送至ADF4350后完成配置過程。控制時序圖如圖4-1所示：

數據在每個時鐘的上升沿逐個輸入至32位的移位寄存器。在LE上升沿數據從移位寄存器傳至目標寄存器（R0-R5）。R0根據輸出參考時鐘，可配置需要的輸出頻率控制碼。R1寄存器中預分頻器用于ADF4350在3GHz以上的工作頻率，設置P為8/9。R2寄存器中可設置芯片的噪聲模式，為獲得最佳的噪聲性能，可選用最低噪聲設置。R2寄存器通過[DB28：DB26]可配置MUXOUT復用器為器件鎖定標志反饋至STM32，便于獲取當前的鎖定情況。R2寄存器完成了輸入參考時鐘作為內部鑒頻鑒相器（PFD）基準時鐘輸入（R分頻器輸出）的配置。R3寄存器設置[DB18]，可縮短頻率鎖定時間，R4寄存器可選擇信號有VCO直接輸出或經分頻器輸出（137.5MHz-4.4GHz）。可對RF輸出功率值進行設置。R5寄存器主要控制鎖定檢測引腳的工作方式。

五、總結

盡管ADF3450在鎖定時間、調頻時間間隔、頻率步進存在不足。但其實現了較大帶寬的頻率輸出，無需分段處理，設計成本低。通過上位機與STM32的預先配置，使得ADF4350的配置更加直觀，人機互動良好。通過上位機的簡單指令控制，可實現單頻點的信號輸出，對掃頻儀的擴展應用提供良好基礎。

參 考 文 獻

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