文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2010)09-0064-04
在衛星通信中，多普勒頻移現象普遍存在，提高頻率的穩定性，對于接收機的解調解擴有著重要的意義。頻率合成是由一個穩定、標準的參考頻率經過一系列處理，產生具有同樣穩定度和精確度的大量離散頻率的過程[1]。在無線通信系統中，對于接收機而言，它是接收機的本地振蕩器。
衛星地面站接收的中頻信號為標準的70 MHz信號，直接輸入到數字接收機會使接收機的采樣頻率較高，不利于接收機穩定工作。本文通過對ADI公司生產的集成鎖相芯片ADF4360-8和AD8343的使用，實現衛星通信地球站中頻70 MHz～11.4 MHz的頻率轉換，從而減低接收機的采樣頻率，減小接收機的工作復雜性，為接收機的穩定工作提供良好的運行條件。
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14 bit可編程參考R計數器、一個24 bit數據寄存器、一個24 bit功能鎖存器、壓控震蕩器、相位比較器、鎖定檢測器、多路復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，主要應用于系統時鐘、檢測設備、無線局域網以及有線電視設備等，ADF4360-8的功能模塊圖如圖1所示。
1.2 工作原理
ADF4360-8外部輸入信號有外部參考頻率信號和控制信號，14 bit可編程R計數器對外部頻率源信號分頻后得到的參考頻率送到鑒相器?？刂菩盘栍蓵r鐘信號CLK、數據信號DATA和使能信號LE組成，LE位為邏輯“1”時表示加載。在時鐘信號CLK的控制下，串行輸入24 bit數據信號，暫存在24 bit數據寄存器中，當接收到使能信號LE后，先前輸入的24 bit數據根據地址位到達對應的鎖存。
ADF4360-8內部集成了VCO(壓控振蕩器)，由外部電感值設定不同的工作頻段，方便了鎖相環路的設計。VCO輸出頻率如式(1)所示。
式(3)中9.3 pF和0.9 nH是芯片內部的電容值和電感值；LEXT為系統外接電感值?？梢?，當系統輸出中心頻率較高時，F0主要由內部電感0.9 nH決定；系統的輸出工作頻率較低時，F0主要由外部電感值決定。本文外部電感為397 nH，可調諧的中心頻率約為81.4 MHz。芯片鑒相頻率最高為8 MHz，實際選擇鑒相頻率為5 MHz，設計中采用較高的鑒相頻率有利于鑒相雜散的抑制，提高環路的捕捉時間，并且降低環路的相位噪聲。
系統外部晶振采用10.0 MHz溫補晶振，其穩定度≤0.9 ppm，通過REFin引腳接入芯片，經過內部參考分頻器（除50）后得到200 kHz的參考頻率間隔，內部電荷泵輸出引腳CP于VCO輸入引腳VTUNE之間接入三階無源低通濾波器，該環路濾波器的帶寬為100 kHz。由ADIsimPLL軟件可以仿真計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。在調試中，為了得到最佳的相位噪聲和較低的雜散，需要對這些元件值進行多次調整。圖2所示為三階無源低通環路濾波電路，圖3所示為環路濾波器仿真曲線。圖4為相位噪聲仿真曲線圖。
對ADF4360-8進行程序配置由接收板上DSP實現，對ADF4360-8加電寄存器的配置順序為：加參考時鐘→R計數鎖存器→控制鎖存器→N計數鎖存器，如果配置的順序錯誤，則不能保證ADF4360正常工作。每次上電加載數據時，先按接收板上RESET鍵復位，然后LE使能，這樣接收板和ADF4360-8連通后，可以傳輸數據，然后按R、C、N鎖存器順序使數據依次寫入。
R計數鎖存器主要對14 bit的分頻比進行設置，控制鎖存器主要要對電泵電流、輸出電源級數、頻率鎖定選項、相位探測選項、電泵三態選擇、計數器重啟選項、核心電源級別等芯片性能參數進行設置，N計數鎖存器則需對電泵增益以及13 bit的混頻比進行設置。
數據輸入時，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 bit移位寄存器中的數據并鎖存到目標寄存器，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決定，其數據寫入時序圖如圖5所示。圖6所示為ADF4360-8本振信號源波形。從圖6可以看出，波形保持比較完整，未出現嚴重失真現象。
3 基于AD8343混頻處理
利用鎖相環頻率合成器得到的本振信號能為混頻電路提供良好的本振載波[4]，變頻系統的結構框圖如圖7所示。
AD8343是一款高性能的混頻器[5]，增益約為7 dB，由ADF4360-8產生本振信號源，頻率為81.4 MHz，輸入到AD8343芯片。70 MHz中頻信號經過MSA放大器后，有18 dB左右的增益，通過聲表面濾波器，使變頻系統產生8 M帶寬的通帶，再從AD8343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，通過LC-π型濾波電路(如圖8所示)輸出信號直接送到數字接收機中進行數字采樣處理。
本文利用ADF4360-8芯片作為鎖相環電路設計本振源信號，將衛星地面站70 MHz中頻信號變頻為11.4 MHz，為數字接收機降低采樣頻率及提高工作精度，起到了十分重要的作用，同時給出了用ADF4360-8設計混頻器本振信號源的設計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中簡化倍頻裝置和電路結構，降低功耗和設備成本，在射頻電路系統中得到廣泛應用。
參考文獻
[1] 張厥盛，鄭繼禹，萬心平．鎖相技術[M]．西安：西安電子科技大學出版社，1994．
[2] Analog Devices Inc．ADF4360-8 Data Sheet[Z]．Massachusetts，USA：Analog Devices Inc．，2005．
[3] 姜梅，劉三清，李乃平．用于電荷泵鎖相環的無源濾波器的設計[J]．微電子學，2003(4)：339-343．
[4] 陳景文．基于ADF4360—4鎖相頻率合成器的混頻[J]．現代雷達，2008，30(1)：84-86．
[5] Analog Devices Inc．AD8343 Data Sheet[Z]．Massachusetts，USA：Analog Devices Inc．，2006．