在現代電子技術的設計與開發(fā)過程中，特別是在通信,、雷達,、航空、航天以及儀器儀表等領域,，都需要進一步提高一系列高精度,、高穩(wěn)定度的頻率源的頻率精度。這樣,，一般的振蕩器已經無法滿足各種應用的發(fā)展要求,，而晶體振蕩器的性能雖然比較好，但其頻率單一,，或只能在極小的范圍內進行微調,。

1 系統(tǒng)結構原理

該鎖相頻率合成器的具體實現結構如圖1所示。本系統(tǒng)由頻率合成器AD4106,、環(huán)路濾波器,、壓控振蕩器、晶體振蕩器以及參考分頻器和程序分頻器共同構成鎖相環(huán)路(PLL),。該環(huán)路輸入端由高穩(wěn)定度和高準確度的晶體振蕩器經參考分頻器分頻后,，輸出基準頻率，然后利用鎖相環(huán)路良好的窄帶跟蹤特性,，使壓控振蕩器的輸出頻率準確地穩(wěn)定在參考頻率或某次諧波上,。環(huán)路芯片ADF4106中設有程序分頻器和參考分頻器，可由單片機AT89C2051來編程控制,，并可通過改變單片機程序,，利用所提供適當的N、R值,，來求高性能的輸出頻率f0,。當環(huán)路鎖定時，輸出頻率f₀可由正式計算出：



式中：N為程序分頻比,，R為參考分頻比,，f_r為晶體振蕩器固定頻率,，f₀為輸出頻率。



2 系統(tǒng)硬件實現

下面以410 MHz鎖相頻率合成器為例來說明系統(tǒng)實現過程,。

2.1 ADF4106的結構特性

ADF4106是美國ADI公司生產的集成數字鎖相頻率合成芯片,。它集成有一個低噪音的數字鑒相器、可編程的分頻器,、可編程A／B計數器,、雙模前置分頻(P／P+1)、精確的電荷泵以及其它模塊,。ADF4106最大特點就是具有極高的工作頻率,，因此可簡化系統(tǒng)結構，降低功耗和設備成本,。此外還可以通過簡單的3線接口控制片內的寄存器,，方便地控制芯片工作狀態(tài)。其ADF4106的內部結構如圖2所示,。



ADF4106的技術參數有：可輸出頻率為小于550 MHz,；雙模因子為8／9(P=8)；參考頻率為5M＜f_r＜100 M,；鎖定頻率f₀=Nf_r／R,，其中N=(BP+A)；A,、B,、R為內部可編程計數器，A為5位,，B,、R為14位。

2.2 系統(tǒng)硬件電路

系統(tǒng)硬件電路連接圖如圖3所示,。圖中ADF4106的CP腳外接電容390 pF、2700 pF和39pF以及電阻10 kΩ,、27 kΩ構成環(huán)路濾波器,，本系統(tǒng)中采用三階環(huán)路濾波器，主要用于衰減誤差電壓中的高頻分量,，提高系統(tǒng)抗干擾能力,。其環(huán)路帶寬為20 kHz。另外,，由于壓控振蕩器的輸入端電壓較大,，而頻率合成器的輸出電壓小，所以設計中選擇了運算放大器芯片AD820來放大誤差電壓信號,。



基于頻率合成器在滿足其它技術指標要求的前提下,，還要實現電路的小型化，因此設計中選擇Mini-Circuit公司生產的POS-535、體積小,、可靠性高的壓控振蕩器,。

本設計中的單片機選用的是Atmel公司的AT89C2051芯片，該單片機可用以對ADF4106進行控制,。AT89C2051是一個8位單片機,，其內部含有2 KB的可編程可擦除閃爍存儲器和15個I／O編程口。另外,，在設計時,，還應該在單片機與ADF4106之間接入一片74L373芯片，以緩沖單片機中的雜散干擾,。

3 系統(tǒng)軟件實現

ADF4106的控制位為24位,，其中低兩位為地址位，00表示“R counter”,，01表示“N counter”,，10表示“Function Latch”，11表示“InitializationLatch”,。其晶體振蕩器頻率為10 MHz,，輸出頻率為410 MHz。圖4為系統(tǒng)CLK,、DATA與LE之間的控制關系時序圖,。其單片機AT89C2051的配置程序如下：




4 仿真測試

該系統(tǒng)主要技術指標有：輸出頻率410 MHz，相位裕量為45°,，幅值裕量為-10 dB,，調諧靈敏度為20 MHz／V，頻率穩(wěn)定度為±1×10-6,。利用ADI公司的ADIsimPLL軟件對系統(tǒng)仿真,，其仿真結果如圖5和圖6所示，完全符合設計要求,。



5 結束語

文中介紹了利用單片機AT89C2051控制頻率合成器芯片AD4106來實現頻率合成器的設計方法,，其電路結構精簡，性能可靠,，而且可以通過改變系統(tǒng)軟件編程來獲得一系列高性能的頻率信號,。