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,，對于接收機的解調(diào)解擴有著重要的意義。頻率合成是由一個穩(wěn)定,、標(biāo)準(zhǔn)的參考頻率經(jīng)過一系列處理,，產(chǎn)生具有同樣穩(wěn)定度和精確度的大量離散頻率的過程[1]。在無線通信系統(tǒng)中,，對于接收機而言，它是接收機的本地振蕩器,。
    衛(wèi)星地面站接收的中頻信號為標(biāo)準(zhǔn)的70 MHz信號,，直接輸入到數(shù)字接收機會使接收機的采樣頻率較高，不利于接收機穩(wěn)定工作,。本文通過對ADI公司生產(chǎn)的集成鎖相芯片ADF4360-8和AD8343的使用,，實現(xiàn)衛(wèi)星通信地球站中頻70 MHz～11.4 MHz的頻率轉(zhuǎn)換，從而減低接收機的采樣頻率,，減小接收機的工作復(fù)雜性,，為接收機的穩(wěn)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(shù)器,、一個24 bit數(shù)據(jù)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(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)時鐘、檢測設(shè)備,、無線局域網(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外部輸入信號有外部參考頻率信號和控制信號,，14 bit可編程R計數(shù)器對外部頻率源信號分頻后得到的參考頻率送到鑒相器,。控制信號由時鐘信號CLK,、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信號,，暫存在24 bit數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)接收到使能信號LE后,，先前輸入的24 bit數(shù)據(jù)根據(jù)地址位到達對應(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,。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,。可見,，當(dāng)系統(tǒng)輸出中心頻率較高時,，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,，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,，實際選擇鑒相頻率為5 MHz，設(shè)計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溫補晶振,，其穩(wěn)定度≤0.9 ppm,，通過REFin引腳接入芯片，經(jīng)過內(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,，需要對這些元件值進行多次調(diào)整,。圖2所示為三階無源低通環(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ADF4360-8進行程序配置由接收板上DSP實現(xiàn)，對ADF4360-8加電寄存器的配置順序為：加參考時鐘→R計數(shù)鎖存器→控制鎖存器→N計數(shù)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(shù)據(jù)時,，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)依次寫入。
    R計數(shù)鎖存器主要對14 bit的分頻比進行設(shè)置,，控制鎖存器主要要對電泵電流,、輸出電源級數(shù)、頻率鎖定選項,、相位探測選項,、電泵三態(tài)選擇、計數(shù)器重啟選項,、核心電源級別等芯片性能參數(shù)進行設(shè)置,，N計數(shù)鎖存器則需對電泵增益以及13 bit的混頻比進行設(shè)置。
    數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)并鎖存到目標(biāo)寄存器,，然后再進行下一個目標(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(xiàn)嚴重失真現(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)生本振信號源,，頻率為81.4 MHz,，輸入到AD8343芯片。70 MHz中頻信號經(jīng)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(tǒng)產(chǎn)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(shù)字接收機中進行數(shù)字采樣處理,。

    本文利用ADF4360-8芯片作為鎖相環(huán)電路設(shè)計本振源信號,，將衛(wèi)星地面站70 MHz中頻信號變頻為11.4 MHz，為數(shù)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(shè)計混頻器本振信號源的設(shè)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(tǒng)中簡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
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[5] Analog Devices Inc．AD8343 Data Sheet[Z]．Massachusetts,，USA：Analog Devices Inc．,，2006．