在衛(wèi)星通信中，多普勒頻移現(xiàn)象普遍存在，提高頻率的穩(wěn)定性，對(duì)于接收機(jī)的解調(diào)解擴(kuò)有著重要的意義。頻率合成是由一個(gè)穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)的參考頻率經(jīng)過(guò)一系列處理，產(chǎn)生具有同樣穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率的過(guò)程[1]。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，對(duì)于接收機(jī)而言，它是接收機(jī)的本地振蕩器。
    衛(wèi)星地面站接收的中頻信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的70 MHz信號(hào)，直接輸入到數(shù)字接收機(jī)會(huì)使接收機(jī)的采樣頻率較高，不利于接收機(jī)穩(wěn)定工作。本文通過(guò)對(duì)ADI公司生產(chǎn)的集成鎖相芯片ADF4360-8和AD8343的使用，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信地球站中頻70 MHz～11.4 MHz的頻率轉(zhuǎn)換，從而減低接收機(jī)的采樣頻率，減小接收機(jī)的工作復(fù)雜性，為接收機(jī)的穩(wěn)定工作提供良好的運(yùn)行條件。
1 ADF4360-8芯片介紹及工作原理
1.1 芯片介紹[2]
    ADF4360-8芯片是一種完全綜合合成器和壓控振蕩器，它是一款高性能的PLL芯片，具有很寬的工作頻帶。
    ADF4360-8主要由一個(gè)14 bit可編程參考R計(jì)數(shù)器、一個(gè)24 bit數(shù)據(jù)寄存器、一個(gè)24 bit功能鎖存器、壓控震蕩器、相位比較器、鎖定檢測(cè)器、多路復(fù)用器以及電荷泵等組成，最大的參考頻率為250 MHz，輸出頻率范圍為60 MHz～400 MHz，主要應(yīng)用于系統(tǒng)時(shí)鐘、檢測(cè)設(shè)備、無(wú)線局域網(wǎng)以及有線電視設(shè)備等，ADF4360-8的功能模塊圖如圖1所示。

1.2 工作原理
    ADF4360-8外部輸入信號(hào)有外部參考頻率信號(hào)和控制信號(hào)，14 bit可編程R計(jì)數(shù)器對(duì)外部頻率源信號(hào)分頻后得到的參考頻率送到鑒相器?？刂菩盘?hào)由時(shí)鐘信號(hào)CLK、數(shù)據(jù)信號(hào)DATA和使能信號(hào)LE組成，LE位為邏輯“1”時(shí)表示加載。在時(shí)鐘信號(hào)CLK的控制下，串行輸入24 bit數(shù)據(jù)信號(hào)，暫存在24 bit數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)接收到使能信號(hào)LE后，先前輸入的24 bit數(shù)據(jù)根據(jù)地址位到達(dá)對(duì)應(yīng)的鎖存。
    ADF4360-8內(nèi)部集成了VCO(壓控振蕩器)，由外部電感值設(shè)定不同的工作頻段，方便了鎖相環(huán)路的設(shè)計(jì)。VCO輸出頻率如式(1)所示。

    式(3)中9.3 pF和0.9 nH是芯片內(nèi)部的電容值和電感值；LEXT為系統(tǒng)外接電感值?？梢?jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)輸出中心頻率較高時(shí)，F(xiàn)0主要由內(nèi)部電感0.9 nH決定；系統(tǒng)的輸出工作頻率較低時(shí)，F(xiàn)0主要由外部電感值決定。本文外部電感為397 nH，可調(diào)諧的中心頻率約為81.4 MHz。芯片鑒相頻率最高為8 MHz，實(shí)際選擇鑒相頻率為5 MHz，設(shè)計(jì)中采用較高的鑒相頻率有利于鑒相雜散的抑制，提高環(huán)路的捕捉時(shí)間，并且降低環(huán)路的相位噪聲。
    系統(tǒng)外部晶振采用10.0 MHz溫補(bǔ)晶振，其穩(wěn)定度≤0.9 ppm，通過(guò)REFin引腳接入芯片，經(jīng)過(guò)內(nèi)部參考分頻器（除50）后得到200 kHz的參考頻率間隔，內(nèi)部電荷泵輸出引腳CP于VCO輸入引腳VTUNE之間接入三階無(wú)源低通濾波器，該環(huán)路濾波器的帶寬為100 kHz。由ADIsimPLL軟件可以仿真計(jì)算得到電感值和電容值，C1=24.2 pF，C2=329 pF，C3=11.0 pF，R1=13.6 kΩ，R2=27.7 kΩ。在調(diào)試中，為了得到最佳的相位噪聲和較低的雜散，需要對(duì)這些元件值進(jìn)行多次調(diào)整。圖2所示為三階無(wú)源低通環(huán)路濾波電路，圖3所示為環(huán)路濾波器仿真曲線。圖4為相位噪聲仿真曲線圖。

    對(duì)ADF4360-8進(jìn)行程序配置由接收板上DSP實(shí)現(xiàn)，對(duì)ADF4360-8加電寄存器的配置順序?yàn)椋杭訁⒖紩r(shí)鐘→R計(jì)數(shù)鎖存器→控制鎖存器→N計(jì)數(shù)鎖存器，如果配置的順序錯(cuò)誤，則不能保證ADF4360正常工作。每次上電加載數(shù)據(jù)時(shí)，先按接收板上RESET鍵復(fù)位，然后LE使能，這樣接收板和ADF4360-8連通后，可以傳輸數(shù)據(jù)，然后按R、C、N鎖存器順序使數(shù)據(jù)依次寫(xiě)入。
    R計(jì)數(shù)鎖存器主要對(duì)14 bit的分頻比進(jìn)行設(shè)置，控制鎖存器主要要對(duì)電泵電流、輸出電源級(jí)數(shù)、頻率鎖定選項(xiàng)、相位探測(cè)選項(xiàng)、電泵三態(tài)選擇、計(jì)數(shù)器重啟選項(xiàng)、核心電源級(jí)別等芯片性能參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，N計(jì)數(shù)鎖存器則需對(duì)電泵增益以及13 bit的混頻比進(jìn)行設(shè)置。
    數(shù)據(jù)輸入時(shí)，首先由DATA在每個(gè)CLK的上升沿從MSB(最高有效位)開(kāi)始依次寫(xiě)入24 bit移位寄存器中的數(shù)據(jù)并鎖存到目標(biāo)寄存器，然后再進(jìn)行下一個(gè)目標(biāo)寄存器的初始化。目標(biāo)寄存器的選擇可由移位寄存器中的最末兩位DB1和DB0決定，其數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)序圖如圖5所示。圖6所示為ADF4360-8本振信號(hào)源波形。從圖6可以看出，波形保持比較完整，未出現(xiàn)嚴(yán)重失真現(xiàn)象。

3 基于AD8343混頻處理
    利用鎖相環(huán)頻率合成器得到的本振信號(hào)能為混頻電路提供良好的本振載波[4]，變頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。

    AD8343是一款高性能的混頻器[5]，增益約為7 dB，由ADF4360-8產(chǎn)生本振信號(hào)源，頻率為81.4 MHz，輸入到AD8343芯片。70 MHz中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)MSA放大器后，有18 dB左右的增益，通過(guò)聲表面濾波器，使變頻系統(tǒng)產(chǎn)生8 M帶寬的通帶，再?gòu)腁D8343中的2、3管腳輸入，最后，從管腳12、13輸出頻率為11.4 MHz的中頻信號(hào)，通過(guò)LC-π型濾波電路(如圖8所示)輸出信號(hào)直接送到數(shù)字接收機(jī)中進(jìn)行數(shù)字采樣處理。

    本文利用ADF4360-8芯片作為鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)本振源信號(hào)，將衛(wèi)星地面站70 MHz中頻信號(hào)變頻為11.4 MHz，為數(shù)字接收機(jī)降低采樣頻率及提高工作精度，起到了十分重要的作用，同時(shí)給出了用ADF4360-8設(shè)計(jì)混頻器本振信號(hào)源的設(shè)計(jì)方法及芯片的控制方法。ADF4360-8鎖相頻率合成器可在許多通信系統(tǒng)中簡(jiǎn)化倍頻裝置和電路結(jié)構(gòu)，降低功耗和設(shè)備成本，在射頻電路系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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