基于ADF4360-2的1 GHz频率合成器设计

摘要：在现代通信系统中，随着对通信质量的要求越来越高，各种器件对本振信号及参考时钟提出了更高的要求。本振信号及参考时钟的质量，直接影响着输出信号的频谱纯度等主要技术指标。本文在研究锁相频率合成芯片ADF4360-2的基础上，提出了一种产生1 GHz本振信号的简单可行的方法。
关键词：频率合成；ADF4360-2；本振

1 ADF4360-2芯片简介
    ADF4360-2是由美国ADI公司出品的一款高性能锁相频率合成芯片，它集成了一个整数N合成器和一个压控振荡器，可用于无线手持通信设备、检测设备、无线局域网及有线电视设备中。该器件的主要特点如下：
    ◆输出频率范围为1 850～2 170 MHz，并支持二分频输出，选择二分频输出时可输出925～1085 MHz；
    ◆工作电压为3～3．6 V；
    ◆可编程双模预分频器8／9、16／17、32／33；
    ◆可编程输出信号功率控制；
    ◆能够进行模拟与数字锁定检测；
    ◆支持软件和硬件掉电功能。
    ADF4360-2的功能模块图如图1所示。它主要由一个14位可编程参考R计数器、一个24位数据寄存器、一个24位功能锁存器、压控振荡器、相位比较器、锁定检测器、多路复用器以及电荷泵等组成。

2 频率合成系统电路设计
    通过外部频率源信号和单片机控制信号，14位可编程参考R分频器对外部频率源信号分频后，得到参考频率送至鉴相器。控制信号由时钟信号CLK、数据信号DATA和使能信号LE组成。在CLK的控制下，串行输入24位数据信号，暂时存放在24位数据寄存器中。在接收到使能信号LE后，先前输入的24位数据根据地址位到达对应的锁存器。ADF4360-2的主分频比N由双模预分频器(P／P+1)、可编程5位A计数器及13位B分频器实现，算法为N=B×P+A，输出频率为fVCO=(B×P+A)×fREFIN／R，通过设置A、B、R三个控制字寄存器的控制字来实现对锁相环的控制。该芯片外围只需添加环路滤波器，根据输出频率大小选择合适的参数，即可输出较稳定的频率。电路系统结构框图如图2所示。

    环路滤波网络具有低通特性，它主要是抑制鉴相器输出电压中的载频分量和高频噪声，降低由VCO控制电压不纯而引起的寄生输出。图2中所示的环路滤波网络可利用ADI公司提供的专用设计与仿真工具软件ADI simPLL进行仿真、设计。

3 芯片配置程序设计
    本电路设计中，ADF4360-2的PFD输入频率为1 MHz，因此参考时钟分频R=40。由公式fVCO=(B×P+A)×fREFIN／R，可计算出N为11 250，双模预频器设置为P／(P+1)=32／33，计数器A设置为8，计数器B设置为32。根据ADF4360-2芯片资料，3个控制寄存器初始化设置为R寄存器00000A1H，C寄存器8FF12CH，N寄存器803E42H，配置值如表1所列。

    单片机通过提供时钟信号CLK、数据信号DATA和使能信号LE，对ADF4360-2内部寄存器进行配置，使得VCO输出所需频率的信号，同时负责对ADF4360-2的锁定标志进行检测，如果检测已经锁定，则配置数据工作完成。单片机程序流程如图3所示。

结语
    本文介绍了利用锁相频率合成芯片ADF4360-2设计1 GHz信号的输出方法，给出了电路系统结构框图以及单片机程序流程。由于ADF4360-2内部集成VCO，外部通过单片机I／O口写入控制字，因此该系统具有外围电路简单、调试方便、功耗和成本低等特点，可广泛应用于各种电路系统中。