基于STM32F407+LMX2594的頻率綜合器程序設計

周文瑾 邊麗菲

摘要：高性能的頻率綜合器會直接影響到雷達、通信、遙測遙控、電子對抗等電子系統的性能，其主要技術指標包括低相噪、低雜散、小步進、寬頻帶等。本文基于項目的實際需求，根據鎖相合成技術，采用STM32F407+LMX2594研制了一款S頻段步進為5MHz的頻率綜合器，并提供了一種用STM32F407實現LMX2594寄存器配置的參考。

關鍵詞：頻率綜合器;鎖相環;STM32F407;LMX2594

中圖分類號：XXX;XXX? ? ? 文獻標識碼： X

1 引言

頻率綜合器是現代通信系統的重要功能單元， 直接影響到雷達、通信、遙測遙控、電子對抗等電子系統的性能[1]。隨著雷達等信息技術的發展，對頻率綜合器的穩定性、相位噪聲、雜散等指標提出了越來越高的要求。基于項目的需求，我們采用了STM32F407+LMX2594的方案，研制了一款S頻段步進為5MHz的頻率綜合器。

2? 器件簡介

2.1? LMX2594

LMX2594 是德州儀器生產的一款較高性能的寬帶合成器，能產生10MHz 至15GHz 范圍內的任何頻率，其顯著特點是實現非常低的帶內噪聲和集成抖動。高速N分頻器沒有預分頻器，能夠有效減少雜散的數量和振幅。還有一個可減輕整數邊界雜散的可編程輸入乘法器。LMX2594可以是單端輸入輸出，也可以是差分輸入輸出。參考信號先由管腳OSCINM 或 OSCINP 進入芯片，經過倍頻，R分頻器，然后再送到鑒相器。鑒相器的輸出經過電荷泵后由管腳CPOUT輸出至外部的環路濾波器，濾波后再經過管腳 VTUNE來控制VCO ，VCO 信號經過一個可編程的N分頻器來控制需要的頻率，最后通過RFOUT輸出。

外部控制信號通過CSB、SCK、SDI管腳以總線的形式寫進芯片內部寄存器;管腳MUXout可以配置鎖定監控輸出。LMX2594的輸出頻率計算公式：

Fout為芯片的輸出功率;k為VCO的分頻系數，根據芯片規定，k為0.5是倍頻輸出，k為1是基頻輸出，分頻輸出k只能設定為2～62的偶數;Fvco為VCO輸出頻率;Fpfd為鑒相器頻率;R為參考支路分頻系數;Nint為反饋支路分頻系數的整數部分;Nfrac為反饋支路分頻系數的小數部分;Fosc輸入為晶振頻率;OSC_2X可對輸入Fosc進行基頻和2倍頻的配置。圖1為LMX2594的功能框圖[2]，從圖中可以看出該芯片內部的各功能模塊。

2.2? STM32F407

STM32F407STM32F407處理器內嵌ARM內核，最高運行頻率為168MHz，它具有豐富的片內ROM、RAM資源及UART、SPI、I2C、CAN等接口，是一款在工程中經常使用的微控制器。

3 程序的設計與實現

3.1? LMX2594輸出頻率參數計算

工程中Fout從A口輸出，LMX2594需要根據上位機下發指令，輸出頻率11000Mhz～16000MHz，步進5MHz。電路中Fosc輸入為100MHz晶振，設置0SC_2X=2;R=1;k=1;所以在工程中LMX2594的實際輸出頻率公式變為：。

11000Mhz～16000MHz對應上位機指令中的0～1000。當上位機下發0時，Nint=55，Nfrac=0;當下發1時，Nint==55，Nfrac=0.025;所以我們選擇小數部分分母PLL_DEN=1000;當下發2時，Nint==55，Nfrac=0.050;依此類推可知當下發40時，Nint=56，Nfrac=0;由此可以得到根據下發指令得到Nint和Nfrac的計算方法：

3.2? LMX2594寄存器配置

到此我們已得到了LMX2594輸出頻率和上位機指令的對應關系，就可以開始LMX2594的寄存器配置。LMX2594具有多達112個寄存器[2]，但大多數寄存器可以使用默認配置，工程中使用到的主要有PLL_N、PLL_F、PLL_DEN、MASH_ORDER、PFD_DELAY、OUTB_PD、OUTB_PWR，它們分別對應Nint、Nfrac、小數部分分母、小數整數輸出選擇（整數輸出時MASH_ORDER=0，PFD_DELAY=1;小數輸出時MASH_ORDER=3，PFD_DELAY=4）、B口輸出選擇及B口輸出功率。

工程中我們使用STM32F407 IO產生SPI時序對LMX2594寄存器進行配置。LMX2594 SPI配置時序如圖2所示。從圖中可以看出一個SPI時序需要發送16bit數據，SDK上升沿采數，在16個SDK上升沿后，需要把CSB拉高2個SDK周期，完成數據鎖存。

STM32F407程序采用C語言編寫[3]，開發環境時KEIL uvision5，程序流程圖如圖3所示。

4 結論

經工程測試，STM32F407+LMX2594的頻率綜合器程序設計方案能滿足系統穩定性、相位噪聲、雜散等指標的要求。可以在其它相關項目中進行推廣應用。

參考文獻：

[1]劉韜.基于DDS頻率源的設計與實現[J].電子科技，2013，Vol.26：56-58.LIU Tao.Design and Implementation of Frequency Source Based on DDS Device[J].Electronic Sci&Tech，2013 Vol.26：56-58.

[2]徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51應用程序設計.電子工業出版社，2001.