2022年GHz频段的射频信发生器设计方案.docx

精品学习资源2.4GHz频段的射频信号发生器设计 07-100作者：重庆电子工程职业学院张慧敏 毛卫平 何川前言在现代无线通信系统中，对大容量、高速数据的无线传输提出越来越高的要求，许多厂商也推出基于 802.11 系列协议的射频 IC，并且无线路由器、蓝牙等技术的广泛应用，对 2.4GHz 频段的使用需求日益增多，但是除部分高端信号发生器 具有 2.4GHz 频段的信号产生，大多数一般信号发生器 均未涉及 2.4GHz 频段，开发涉及一种基于2.4GHz 频段的 射频信号发生器 以中意科研及教案仪器使用的需要；本文正是基于这一点，设计成本低、性能牢靠的2.4GHz 频段的 射频信号发生器 ；系统方案系统方案以仪器面板上的人机把握设定所要操作的工作频率和基带调制方式，经由 FPGA 进行直接把握生成 4 种基本调制模式，即 QPSK 、16/64-QAM、GMSK 、FSK ，并将基带 I/Q两路信号经由串并转换后送入AD9856将信号调制至 70MHz的中频信号，然后通过上混频器MAX2671混频至 2450MHz的射频信号 ，然后将混频后的信号送入射频滤波器，再由可控增益放大器将信号输出；2.4GHz 频段的 射频信号发生器 框图如图 1 所示；电路设计信号调制电路信号调制电路第一是 FPGA 电路设计接受 ALTERA 公司的 EP1C20芯片，用VHDL 编程实现由人机界面输出把握信息，然后将把握信息对应所要产生的信号，将信号输出到 AD9856； AD9856是 ADI公司的一款单片混合信号的12 位积分数字上行转换器，采样速率为200MSPS ，产生 80MHz的数字输出和 80dB窄带的无杂散信号动态范畴； AD9856具有 200MHz的内部时钟，集成带锁定指示器的4 20 倍可编程时钟倍频器，供应高精度的系统时钟，单端或者差分输入参考时钟，而且可以输出数据时钟；内部 32 位正交 DDS ，可实现 FSK 调制功能； 12 位 DDS 和 DAC 和数据路径结构，可接受复合I/Q输入数据； 32 位频率把握字，接受与SPI 兼容的接口，用 FPGA 把握牢靠便利，串行时钟为10MHz ；具有反转 SINC 功能，在 DAC 变换之前复原出想得到的信号包络；利用AD9856产生调制信号的电路框图见图2 所示；欢迎下载精品学习资源图 1 系统框图图 2 AD9856产生调制信号的电路从图 2 可以看到，在FPGA 内进行编码调制，产生的I/Q两路信号经由串并转换后送入 AD9856中，在 AD9856内部有一个 DDS 内核 , 通过 FPGA 把握产生正交本振信号送入正交调制器，每路通过2 级分别与 I/Q信号相乘之后相加，产生正交调制信 号，而具体的调制模式可以通过FPGA 的基带信号编码映射设计，最终通过12 位DAC 变为正交调制的模拟差分信号输出，接着用耦合射频变压器将输出的差分信号转换为单端信号，经由 70MHz的 SAW 滤波器滤波，最终选用中频放大器进行信号放大，就可送入混频器进行混频了；混频器电路混频电路对 2.4GHz频段的实现极为重要，主要完成将70M 中频信号调制到2.4GHz射频，要求混频电路的频带抑制型，这里选用MAXIM公司的专用 2.4GHz频段的 MAX2671混频芯片； MAX2671答应中频输入频率在 40MHz到 500MHz之间，射频输出频率在 2.4GHz到 2.5GHz之间；接受单端信号，内部集成了一个单通道的乘法器，在2450MHz的射频信号 混频输出时，具有 8.9dB的增益，因此，本振信号在 -10dBm到+5dBm之间均可；在输入输出匹配时，只需要很少的外围器件， 其电路结构如图3 所示；欢迎下载精品学习资源图 3 MAX2671电路射频本振信号电路设计在信号 发生器 设计中，要将 70MHz的中频信号混频至 2450MHz的 ISM 频段的 射频信号，需要产生射频本振信号，频率为2380MHz；本振信号电路接受 PLL+VCO的锁相环路供应本振信号，具有精度和稳固度高、频率可变等优点，便利在以后频率资源调整或扩展；本振信号的频率稳固度很重要，这部分设计以集成电路为核心，接受的频率合成器 ADF4113和 MAXIM公司的压控振荡器 MAX2750，其原理框图如图ADI 公司4 所示；图 4 射频本振信号电路框图为把握频率合成器通过FPGA 模拟 3 线串行接口信号时序来把握锁相环频率合成器 ADF4113，依据 ADF4113内部完成参考晶振的频率和压控振荡器VCO 的频率 经除 N 分频 器 相位差的比较，并转换成相对应的线性电压输出，经低通滤波器LPF 虑除高频干扰后，获得一较为稳固的电压，把握VCO 的振荡频率输出，从而获得所需要的 2380MHz本振信号；欢迎下载精品学习资源ADF4113是 ADI公司的一款高性能频率合成器，最高工作频率达到4GHz ；ADF4113主要由一个低噪声数字鉴相器PFD 、一个精密电荷泵、一个可编程参考分频器、可编程 A6bit及 B13bit分频计数器和一个双模分频器P/P+1构成；MAX2750是 MAXIM公司用于 2.4GHz到 2.5GHz的 ISM 频段的压控振荡器，工作在 2.4GHz 2.5GHz的 ISM 频段，其电路结构如图5 所示；LPF 的作用就是虑除电压的高频干扰，从而获得较为稳固的电压；LPF 的设计可以接受专用的程控滤波器芯片实现，比如用MAX297可以实现对低通截至频率的调整，其截至频率为 0 50KHz ，这样设计更加灵敏；另一种方式就是接受标准的3 阶无源环路滤波器，即用LRC 电路设计；图 5 MAX2750电路图设计测试确定各级测试频率和输入输出dB 值，完成系统调试；进入MAX2671的中频信号功率为 -30dBm-20dBm，射频本振信号功率为 -10dBm+5dBm；通过测 试，射频本振信号电路的输出频谱如图6 所示；由图可以看到，该信号源输出功率达到了 -9dBm，完全能够中意上混频器MAX2671射频本振信号输入在 -10dBm到+5dBm之间的要求；由图可以看到，该信号源输出功率达到了-24.5dBm，完全能够中意上混频器MAX2671中频信号输入在 -30dBm到-25dBm之间的要求；欢迎下载精品学习资源图 6 2380MHz的射频 LO 信号频谱图 7 为混频器 MAX2671输出的信号频谱， 70MHz的中频信号与 2380MHz的射频LO 信号混频后输出了 2310MHz和 2450MHz的上下边频信号，通过射频介质滤波 器滤除 2310MHz的下边频重量，就可获得所要的2450MHz有用信号，在通过可调功率放大器设置输出功率，然后将其送入N 型头输出；欢迎下载精品学习资源图 7 MAX2671的输出信号频谱结语基于 2.4GHz射频信号发生器 是为中意应用日益广泛的无线通信、无线局域网等的广泛应用而设计的，其成本低、外围电路简洁，工作频带稳固，参数可调，人机界面 友好，与操作一般信号 发生器 一样便利，可以中意测试仪器、教案和科研等应用要求；欢迎下载