胡格;王志鹏;文继国
【摘 要】介绍了一种K波段频率源的设计方法.本文采用LMX2594数字锁相环芯片,并用C8051F330单片机对锁相环芯片进行操作,然后再倍频的方法实现了实现了该K波段频率源的设计.该频率源具有频率稳定度高,相位噪声低,杂散低等优点.测试结果表明该频率源的相位噪声为-90dBc@1kHz,-98dBc@10kHz;输出功率大于10dBm,可以满足系统的各项要求. 【期刊名称】《电子世界》
【年(卷),期】2018(000)017
【总页数】3页(P119-121)
【关键词】K波段;频率源;锁相环;相位噪声;杂散
【作 者】胡格;王志鹏;文继国
【作者单位】成都信息工程大学;成都信息工程大学;成都信息工程大学
【正文语种】中 文
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转向节主销1 引言
频率源是现代微波通信系统的重要功能单元，在收发射机、雷达、通信、电子对抗和检测仪器等电子设备中被广泛应用，它的性能直接影响整个通信系统的性能[1]。随着雷达等信息技术的发展，对频率源的稳定性、相位噪声、杂散和体积等性能指标提出了越来越高的要求[2]。频率源的设计方法有直接频率合成、锁相环频率合成、直接数字频率合成、PLL+DDS频率合成[3-4]。本文所设计与实现的点频源是通过采用锁相环频率合成技术产生一个点频率然后放大再通过倍频，最后滤波得到我们最终所需的信号。
图1 LMX2594功能框图
2 锁相环的工作原理
LMX2594是德州仪器生产的一款较高性能的宽带合成器，能产生10MHz至 15GHz 范围内的任率，其显著特点是实现非常低的带内噪声和集成抖动。高速N分频器没有预分频器，能够有效减少杂散的数量和振幅。还有一个可减轻整数边界杂散的可编程输入乘法器。
LMX2594可以是单端输入输出，也可以是差分输入输出。参考信号先由管脚 OSCINM 或 OSCINP 进入芯片，经过倍频，R分频器，然后再送到鉴相器。鉴相器的输出经过电荷泵后由管脚CPOUT 输出至外部的环路滤波器，滤波后再经过管脚VTUNE来控制VCO，VCO信号经过一个可编程的N分频器来控制需要的频率，最后通过RFOUT输出。
外部控制信号通过CSB、SCK、SDI管脚以总线的形式写进芯片内部寄存器；管脚MUXOUT不仅可以配置锁定监控输出，还可以输出内部寄存器的值。图1所示为LMX2594的功能框图，从图中可以清楚地看出该芯片的各个功能模块。
该芯片的输出为：
图2 K波段点频源方案框图
图3 环路滤波器
图4 时序图
式中：Fout为芯片的输出功率；k为VCO的分频系数，根据芯片规定，k为0.5是倍频输出，
k为1是基频输出，分频输出k只能设定为2~62的偶数；Fvco为VCO的输出频率；Fpfd为鉴相器频率；R为参考支路分频系数；Nint为反馈支路分频系数的整数部分；Nfrac为反馈支路分频系数的小数部分[5]。
透水混凝土施工方案氧化挂具3 电路的设计与实现
我们设计的K波段PLL频率源的方案框图如图2所示。
恒温晶振输出频率为100MHz信号给锁相环LMX2594作为参考频率，LMX2594锁相输出11900MHz信号，信号先经过安华高公司生产的AMMC-5618放大器芯片放大后再进入倍频电路。倍频电路采用TriQuint公司提供的TGA4040倍频器进行2倍频，然后通过介质带通滤波器提取我们所需的信号，最后输出23800MHz信号。
3.1 参考频率的选择
参考频率的选择对频率源系统来说是至关重要的，参考频率的相噪和杂散越好，那么我们就会有较大的空间来选择频率合成方式和器件，输出信号的相噪和杂散也会有一个好的指标。本设计主要从性能和成本方面考虑选择温补晶振或是恒温晶振。我们参考LMX2594数
据手册，选取100MHz的有源晶振作为参考频率。
3.2 环路滤波器的设计
环路滤波器是锁相环电路中的一个重要组成部分，其锁相输出信号的相位噪声、杂散以及锁定时间与环路滤波器有着密切的关系。环路滤波器一般是线性电路，由运算放大器，线性元件电容以及电阻组成。本文采用TI公司的PLLatinum Sim软件设计出四阶无源环路滤波器，如图3所示，环路滤波器电路两端分别接CPOUT管脚和VTUNE管脚。
3.3 电源的设计
由锁相环芯片LMX2594的数据手册知该芯片采用单个3.3V电源供电。为了实现更好的性能指标，本设计电源采取模电和数电分开供电的方式来提高电路的抗干扰性能，将Charge pump supply、VCO supply和digital supply分别分开供电，单片机供电与digital supply共用一个电源脚。供电方式采取二级稳压，稳压芯片分别为TPS62130和HMC1060。电源提供+15V电压，经过TPS62130输出+5.3V电压，+5.3V电压经过HMC1060输出3个+3.3V电压，分别供给LMX2594和C8051F330使用。
3.4 软件的设计
LMX2594共有113个寄存器。其中包括整数分频比寄存器、小数分频比寄存器、锁定监测、输出功率设定寄存器和VCO校准寄存器等。通过SPI编程控制LMX2594内部寄存器和监视芯片内部的工作状态。本设计选用的单片机是Silicon公司的C8051F330，该单片机体积小，功能齐全。
数据写入是通过SPI总线的形式，寄存器的配置是通过SCK、SDI、CSB三个引脚，时序图如图4所示。
SCK是来自单片机的时钟信号，SCK第一个上升沿，SDI为高电平即开始写，CSB为写使能，低电平有效。SDI先输入6位寄存器地址信号，再输入16位数据，该16位数据就是对应地址寄存器的值，在每一个时钟上升沿数据被送入芯片，高位先进[6]。
本设计软件部分采用C语言编写，编译环境是KEIL uvision4，编译后通过下载器USB Debug Adapter下载到单片机执行。
4 整机测试
开路电压本文采用Agilent E4446A频谱仪对该频率源的相噪和杂散进行了测试[7]。利用LMX2594产生11.9GHz的信号源，放大倍频后得到23.8GHz的信号源。相噪测试结果如图5、图6所示。图7为功率测试结果。图8为23.8GHz点频源的杂散。图9为点频源的实物图。混凝土泊松比
图5 1KHz相噪
图6 10KHz相噪
图7 23.8GHz功率
图8 23.8GHz杂散
图5显示的是偏离载波1KHz时该点频源的相噪为-91dBc/Hz；图6显示的是偏离载波10KHz时该点频源的相噪为-97dBc/Hz；图7显示的是该点频源的功率为12dBm；图8显示的是该点频源的杂散为-65dBc；图9是该点频源的实物图。
图9 点频源实物图
参考文献
【相关文献】
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