《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于PE3236 L波段頻率合成器設(shè)計實現(xiàn)
摘要: 基于芯片PE3236設(shè)計了一種用于L波段的具有低相位噪聲性能的頻率合成器,,分析了環(huán)路對相位噪聲性能的影響,。該頻率合成器已經(jīng)成功運用于分米波儀表著陸設(shè)備外場檢測儀中,。
關(guān)鍵詞: 放大器 PE3236 L波段 頻率合成器
Abstract:
Key words :

  頻率合成技術(shù)是產(chǎn)生頻率源的一種現(xiàn)代化手段,,他已廣泛應(yīng)用于通信,、導(dǎo)航,、電子偵察,、干擾與反干擾,、遙控遙測及現(xiàn)代化儀器儀表中,。無線通信技術(shù)的快速發(fā)展,使得頻率合成技術(shù)在通信中的作用日益顯著,?! ?/p>

  以往的頻率合成器都是用分立元件和小規(guī)模集成電路組裝起來的,技術(shù)復(fù)雜,,可靠性低,、功耗大,、體積大、成本高,。隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展,,出現(xiàn)了許多用于頻率合成的大規(guī)模集成電路。在這些大規(guī)模集成電路中,,把頻率合成器的主要部件如參考分頻器,、程序分頻器、鑒相器,、鎖定指示器,、甚至微處理器等集成在同一芯片上。再配上參考振蕩器,、壓控振蕩器,、環(huán)路濾波器及高速前置分頻器,即可構(gòu)成完整的頻率合成器,。這使得頻率合成器的成本,、體積和功耗都大大下降,簡化了設(shè)計和生產(chǎn)調(diào)試的復(fù)雜程度,,而可靠性則明顯提高,。大規(guī)模集成鎖相環(huán)頻率合成器電路的出現(xiàn),為頻率合成器的應(yīng)用開辟了廣闊的前景,。

  1 頻率合成器設(shè)計

  所設(shè)計的頻率合成器,,要求相位噪聲低,輸出頻率800~1 000 MHz,,共88個波道,,通過單片機發(fā)送的頻率控制字進行波道選擇。在對比各種大規(guī)模集成頻率合成芯片性能的基礎(chǔ)上,,選用了單片大規(guī)模集成鎖相環(huán)頻率

 

合成芯片PE3236作為核心電路,,構(gòu)成鎖相式頻率合成器。

 

  1.1 集成鎖相環(huán)頻率合成芯片PE3236

  集成鎖相環(huán)頻率合成芯片PE3236是Peregrine公司生產(chǎn)的一種高性能整數(shù)分頻PLL芯片,,最高分頻頻率可達2.2 GHz,。PE3236采用了UTSiCMOS技術(shù),具有超低相位噪聲的優(yōu)良性能,,成為了蜂窩網(wǎng)/PCS基站,、無線本地環(huán)路基站的理想選擇。

  PE3236由高速前置分頻器,、計數(shù)器,、鑒相器和控制邏輯組成。高速前置分頻器采用吞脈沖分頻技術(shù),,通過模式選擇確定對VCO輸出頻率÷10還是÷11,;主計數(shù)器M和參考計數(shù)器R分別對雙模前置分頻器輸出頻率和參考頻率進行分頻,;輔助計數(shù)器A用于模式選擇控制邏輯;鑒相器產(chǎn)生上下頻率控制信號,;還具有鑒相頻率檢測,、時鐘檢測引腳。各計數(shù)器的計數(shù)值可以通過串行或并行接口編程實現(xiàn),,也可以直接通過連線實現(xiàn),。該芯片具有功耗低、相位噪聲低,、雜散小,、分頻頻率高、編程靈活方便等優(yōu)點,。

  主計數(shù)器輸出頻率fp和參考計數(shù)器輸出頻率fc即為鑒相頻率,,他們和輸入頻率、參考頻率的關(guān)系為: fp=fin/[10×(M+1)+A]  A≤M+1,,M≠0 

  fc=fr/(R+1)             R≥0    

  當環(huán)路鎖定時,,應(yīng)有:fp=fc。

  因此,,芯片的輸入頻率fin與參考頻率fr的關(guān)系為:

芯片的輸入頻率fin與參考頻率fr的關(guān)系

  1.2 頻率合成器的設(shè)計

  設(shè)計的頻率合成器系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖1所示。

頻率合成器系統(tǒng)實現(xiàn)框圖

  通過串行口,,來自單片機的頻率控制字對集成鎖相芯片PE3236的內(nèi)部分頻器進行設(shè)置,,將所需頻率fo進行10×(M+1)次分頻作為一路鑒相輸入,將參考頻率fr進行(R+1)分頻作為另一路鑒相輸入,,通過鑒相器后得到反映兩路鑒相信號誤差的輸出PD_U 和PD_D-,,PD_U和PD_D經(jīng)過環(huán)路濾波器,對噪聲和雜散等干擾進行抑制后得到VCO的控制電壓,,控制VCO工作,,使VCO輸出頻率鎖定在fo(fo=[10×

公式

  改變單片機控制數(shù)據(jù),可以選擇不同的波道,。

  1.3 環(huán)路濾波器對相位噪聲性能的影響分析

  隨著無線電通信系統(tǒng)性能的提高,,信號源相位噪聲的要求常常是整個系統(tǒng)的制約因素。對頻率合成器的相位噪聲影響因素很多,,這里對環(huán)路濾波器的影響作以簡要分析,。

  在鎖相環(huán)頻率合成器中,環(huán)路濾波器的設(shè)計是非常重要的,。在環(huán)路帶寬內(nèi),,鑒相器強迫壓控振蕩器(VCO)跟蹤參考頻率,將參考振蕩器的相位噪聲映射到VCO上,。這一過程受到鑒相器噪聲基底的支配,,因為鑒相器噪聲基底通常比參考振蕩器的相位噪聲高,。由于補償頻率高于環(huán)路帶寬,環(huán)路就不能很好的跟蹤參考頻率,,總的相位噪聲等于VCO的相位噪聲,,因此要將環(huán)路帶寬設(shè)置在鑒相器噪聲基底與VCO自由振蕩時相位噪聲的交叉點上。過寬和過窄的環(huán)路帶寬雖然對VCO的相位噪聲有一定的改善,,但不能很好地提高PLL的相位噪聲性能,。

環(huán)路濾波器是由精密運算<a class=放大器" hspace="0" p="" src="http://files.chinaaet.com/images/20100811/862902ac-adc1-4490-8c44-8d00b9bb776d.jpg" title="放大器" width="231" />

  在本設(shè)計中,環(huán)路濾波器是由精密運算放大器OP27組成的有源比例積分濾波器,,如圖2所示,。為了很好地降低PLL相位噪聲,合適的選擇環(huán)路元件值是非常必要的,。

  2 測試結(jié)果

  在以上設(shè)計的基礎(chǔ)上,,制作了一個L波段的頻率合成器,實測結(jié)果如下:

  工作頻率:800~1 000 MHz,,88個波道,。頻率穩(wěn)定度:±1×10-6。

  輸出功率:≥+7 dBm,。

  相位噪聲:≤-90 dB(偏離中心頻率10 kHz處),。

 

  3 結(jié) 語

  隨著雷達、電子對抗,、航空航天,、通訊及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,對頻率合成技術(shù)的要求更加嚴格,。集成鎖相環(huán)頻率合成器體積小,、功耗小、成本低,、功能全,、靈活性大、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點,,越來越引起了人們的重視,。本文采用大規(guī)模集成鎖相環(huán)頻率合成芯片PE3236,設(shè)計并制作了一個L波段頻率合成器,。該頻率合成器已經(jīng)成功應(yīng)用于分米波儀表著陸設(shè)備外場檢測儀中,,運行良好。

 

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