ADF4350低相噪频率合成器在射频无线通信设备中的应用(共11页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上2009年4月第28卷第4期应用天地ADF4350低相噪频率合成器在射频无线通信设备中的应用马国胜1杨鹭怡2(1.电子工程学院合肥;2.)摘要:,、功耗低的特点。ADF4350频率合成器具有全集成、低相位噪声的优点,()(),可以工作在极宽的连续频率范围内,广泛用于无线基础设备及测试设备,TV。本文简要介绍了ADF4350的主要功能,详细给出了基于ADF4350,221xx的接口连接的设计方案。关键词:;均方根抖动中图分类号:T513文献标识码:BApplicationofADF4350frequencysynthesizerwithlowphasenoiseinth

2、eRFwirelesscommunicationdeviceMaGuosheng1YangLuyi2(1.ElectronicEngineeringInstitute,Hefei,China;2.ArtilleryInstitute,Hefei,China)Abstract:InmodernRFandmicrowaveelectronicsystems,thefrequencysourcesarerequiredwithsomecharacteristicswhilehavehigh2frequencyandlowphasenoise,andhavegoodreliability,smalls

3、ize,lowpowerconsumption.TheADF4350hasadvantagesoffullyintegratedandlowphasenoise,thevoltagecontrolledoscillator(VCO)andphase2lockedloop(PLL)areintegratedinthechip,itcanworkinawidecontinuousfrequencyranging,anditiswidelyusedtowirelessinfrastructureandtestequipment,WirelessLANs,CATVequipmentandclockge

4、neration.ThemainfunctionofADF4350isbrieflyintroducedinthispaper,andsomedesignsaboutdirectconversionmodulatorthatbasedonADF4350anditsinterfacewithADuC812,ADSP221xxaregiven.Keywords:lowphasenoiseVCO;phase2lockedloop;logiccompatibility;rmsjitter0引言频率源是现代射频和微波电子系统的心脏,其性能直接影响整个电子系统。随着无线电技术的发展,人们提出了各种各样的频

5、率源的设计方案。其中锁相式频率源具有输出频率高,频率稳定度高、频谱纯、寄生杂波小及相位噪声低等优点。但是在超宽带上实现频率连续可调一般需要使用多达10个分立的VCO/PLL,ADI公司的ADF4350频率合成器为设计工程师提供了单芯片低相位噪声的解决方案122。4400MHz范围内的连续调谐。片上VCO在2.1GHz工1ADF4350功能及特点ADF4350是一款内置片上低噪声压控振荡器(VCO)的锁相环(PLL)。这款完整的频率合成器支持137.5作频率、1MHz偏移处的相位噪声为-137dBc/Hz,在137.5MHz工作频率、1MHz偏移处的相位噪声为-155dBc/Hz,这相当于2.1

6、GHz频率下的综合均方根(RMS)相位误差为0.36,137.5MHz频率下的综合均方根相位误差为0.02。ADF4350内置的压控振荡器(VCO)可以覆盖22004400MHz的频率范围。另外,ADF4350提供两个射频输出端口,使用户可对输出功率进行数字编程。与其他同类产品不同,ADF4350支持整数N分频与小数N分频工作模式,允许用户通过软件控制方法确定最佳杂散与相位噪声性能,从而实现最佳的性能。此外,片上1/2/4/8或16分频电路使用户能够生成低至137.5MHz的射频输出频率328。作者简介:马国胜,副教授,主要研究方向是信号处理及其应用技术。中国科技核心期刊65应用天地1.1AD

7、F4350的主要特性ADF4350的主要特性如下:输出频率范围为135MHz到4.35GHz;分数N合成器和整数N合成器;2009年4月第28卷第4期ADF4350是集成了电压控制振荡器(VCO)的宽带时钟合成器,如果和外部环路共同使用来滤除外部参考频率,可以确保分数N和整数N锁相环(PLL)频率合成器的执行,其输出频率在2.2GHz到4.4GHz之间。针对那些需要隔离的应用,RF输出级可以被屏蔽。屏蔽功能既可以通过引脚控制,ADF4350RF输出,所有寄存器的3.03.6V,ADF4350主(WCDMA、TD2SCDMA、WiMax、DECT)、测试设备、时钟生成、无线LANs及CATV设备

8、等。ADF4350引脚说明如下:CLK(1):串行时钟输入端。高阻CMOS输入,数据在时钟上升沿锁存在32位移位寄存器中。DATA(2):串行数据输入端。高阻CMOS输入,串行数据首先加载MSB,第三位LSB为控制位。LE(3):加载使能端。CMOS输入,当LE高电平时数据存入移位寄存器。CE(4):芯片使能端。该引脚逻辑低电平关闭装置,使电荷泵处于三态模式;引脚逻辑高电平时,由电源关闭位的状态启动装置。SW(5):快锁开关。从环路滤波器与该引脚相连即可使用快锁模式。VP(6):电荷泵电源。该引脚相当于AVDD,去耦电容到地尽可能放置在靠近该引脚的位置。CPOUT(7):电荷泵输出端。启动时,

9、提供ICP给外部环路滤波器,连接环路滤波器至VTUNE以驱动内部VCO。低相位噪音VCO;可编程且可被分为1/2/4/8路或16路的输出;典型的均方根抖动值0.5ps;3.0到3.6V电源;1.8V逻辑兼容性;可编程双模4/5或8/9预先分频;可编程输出功率电平;RF输出屏蔽功能;3线串行接口;模拟和数字锁定检测;开关带宽快速锁定模式;减小周期滑移。1.2ADF4350的功能框图及引脚说明ADF4350外引脚图如图1所示,所示。图1ADF4350外引脚图图2ADF4350功能方框图66中国科技核心期刊2009年4月第28卷第4期CPGND(8):电荷泵地。这是CPOUT地返回引脚。AGND(9

10、):模拟地。这是AVDD地返回引脚。AVDD(10):模拟电源。电源范围3.03.6V。去耦电容到地尽可能放置在靠近该引脚的位置,AVDD必须和DVDD值相同。AGNDVCO(11,18,21):VCO模拟地。RFOUTA+(12)、RFOUTA2(13):VCO输出和互补输出。输出是可编程的,可得到VCO的基本输出或分频输出。RFOUTB+(14)、RFOUTB2(15):VCO互补输出。输出是可编程的,可得到VCO分频输出。VVCO(16,17):06V。,VVCO必须和AVDDTEMP(19)VTUNE(20):控制VCO的输入。该电压是由滤波CPOUT输出电压得到,它决定输出频率。RS

11、ET(22):在该端与地之间连接一个电阻设置电荷泵输出电流,在RSET端标称偏置电压为0.55V,ICP和RSET的关系式为:ICP=25.5/RSET应用天地式中:fREF是输入参考频率,D是RFfREF倍频因子,T是参考(除0或1),R是射频参考分频因子。例如在UMTS系统中,要求2112.6MHz的RF输出频率(fOUT),在10MHz的参考频率输入(fREF)的情况下,在RF输出端要求200kHz分辨率(fOUT)。注意,ADF4350的工作频率范围在2.2GHz到4.4GHz,输出分频值取2(VCO频fRES=4225.,fOUT=fRES/2=MHz/2)图3闭环输出分频器在RF分

12、频器的输出端要求分辨率是200kHz,因此在VCO(fRES)输出端分辨率是fOUT的两倍,即400kHz。M=fREF/fRESM=10MHz/400kHz=25由方程2得到fPFD=10MHz(1+0)/1=10MHz这里:RSET=5.1k,ICP=5mA。VCOM(23):在一半调谐范围,内部补偿其偏差。VREF(24):参考电压。LD(25):锁定检测输出端。该端输出一个逻辑高电平表明锁相环锁定,输出低电平即失锁。PDBRF(26):RF电源关闭。该端逻辑低电平时屏蔽RF输出,这一屏蔽功能可用软件控制。DGND(27):数字地。DVDD(28):数字电源。该端应与AVDD电压相同。R

13、EFIN(29):参考输入。这是一个以VDD/2为标称起点的CMOS输入,相当于100k输入电阻的DC。这个输入电压能够驱动一个TTL或CMOS晶体振荡器,也可以进行交流耦合。MUXOUT(30):复合输出。它允许锁定检测,配置RF,或配置参考频率进入外部链接部分。调节器地。SDGND(31):数字2调节器电源。应与AVDD值SDVDD(32):数字2相同。(3)(4)2112.6MHz=10MHz(N+k/25)/2式中:N=422,k=13。模(M)的选择主要取决于参考输入和输出分辨率,例如,在一个GSM系统中,参考输入为13MHz,则模就要取65,这就意味着RF输出分辨率为200kHz(

14、13MHz/65),随着抖动,其分数间隔取决于模的选择(如表1所示)。表1有抖动现象的脉冲间隔条件如果M是除2,不是3如果M是除3,不是2如果M是除6其他重复长度2M3M6MM脉冲间隔波道间隔/2波道间隔/3波道间隔/6波道间隔3ADF4350的典型应用3.1在直接变换调制器中的应用2ADF4350频率合成计算举例下面是一个ADF4350频率合成的一个例子:(1)fOUT=N+(k/M)fPFD/2式中:fOUT是射频输出频率,N是整数分频因子,k是小数分频因子,M是模。(2)fPFD=fREF(1+D)/(R(1+T)直接变换架构越来越多的被用在基站发射机中,图4所示即为ADF4350在直接

15、变换调制器中的应用电路。图中显示AD9761TxDAC和ADL5375结合使用,使用双集成DAC,例如像AD9788具有独特的0.02dB和0.001dB的增益和偏移匹配的特点,在整个温度范围确保信号链这部分的最小误差。本地振荡器(LO)由ADF4350实现,低通滤波器使用ADIsimPLLTM方案实现200kHz波道间隔及35kHz闭环带宽。ADL5375的LO部分可由ADF4350的互补RFOUTA和中国科技核心期刊67应用天地RFOUTB输出的差动来驱动,这使得其性能优于单端的LO驱2009年4月第28卷第4期ADF4350,可通过软件编程以得到最佳的LO功率。RF输出是为了推动50负载

16、,如图3所示。如果I动器,并在ADL5375中省去使用变压器。在这个配置中,LO的典型均方根相位噪声(100Hz至5MHz)为0.61。AD8349的LO驱动值为-10dBm到0dBm,对于和Q输入是由2Vp2p信号正交驱动,那么调制器输出功率大约为2dBm。图4ADF4350直接变换调制器电路图3.2ADF4350在ADuC812及ADSP221xx接口连接上的应用在ADF4350中有一个兼容SPI串行接口,CLK、DATA和LE控制数据传输。当LE高电平时,将已锁入寄存器的32位数据在时钟CLK的上升沿移到相应的锁存器中,如图5为其时间图,表2为寄存器地址表。图6显示了ADF4350和AD

17、uC812MicroConverter 接口连接,由于ADuC812是基于8051核,因此这个接口可以用于任何基于8051的微控制器中。为实现SPI控制模式,以CPHA=0设定MicroConverter。初始工作,驱动LE的I/O口被置为低电平。ADF4350的每次锁存都需要一个32位字,从MicroConverter到设备上是通过写四个8位字节来完成的。当第四个字节被写入时,LE输入应被置为高电平以完成传送。ADuC812上的I/O口线也被用于控制电源关闭输入(CE)和锁定检测。当在所述方式下工作时,ADuC812的最大SCLOCK是4MHz,这就意味着其可变输出频率的最大值是125kHz

18、。表2C3、C2、C1的真值表控制位寄存器CCC寄存器0(R0)寄存器1(R1)寄存器2(R2)寄存器3(R3)寄存器4(R4)寄存器5(R5)68中国科技核心期刊2009年4月第28卷第4期应用天地电路架构简单,可靠性高。由于ADF4350提供两个射频输出口,用户可对输出功率进行数字编程,而且它支持整数N分频与小数N分频模式,用户可通过软件控制方法确定最佳杂散与相位噪声性能,从而实现最佳的性能。另外由于ADF4350兼容了SPI串行接口,它与ADuC812接口适用于任何基于8051的微控制器,应用非常方便。在数字信号处理器中,ADF4350与ADSP221xx的连接实现了整块串行数据的传送,

19、应用前景非常广泛。图6ADF4350和ADuC812接口连接参考文献1GILMORER,BESSERL.现代无线系统射频电路实用设计M.杨芳,翁木云译,北京:电子工业出版社,2006.2李智群,王志功.射频集成电路与系统M.北京:科学出版社,2008.3ROHDEUL,NEWKIRKDP.无线应用射频微波电路设计M.刘光祜,张玉兴,译,北京:电子工业出版社,2004.4黄智伟.锁相环与频率合成器电路设计M.西安电图7ADF4350和ADSP221xx接口连接图7显示了ADF4350和ADSP221xx数字信号处理器的接口连接。ADF4350每次的锁存写入都需要一个32位串行字,采用ADSP22

20、1xx系列做到这一点的最简单的方法是以交替形式使用自动缓冲的发送模式,它提供了一种在中断产生之前传送整块串行数据的方法。设定8位的字长,用四个存储单元存储每个32位字。编程每个32位锁存器,存储8位字节,起动autobuffered方式,写入DSP的发送寄存器中,最后启动autobuffer进行传送。子科技大学出版社,2008.5MANASSEWITSCHV.频率合成原理与设计M.何松柏,宋亚梅,鲍景富,译,北京:电子工业出版社,2008.6吴敏渊.ADSP系列数字信号处理器原理M.北京:电子工业出版社,2002.7鄢化彪,黄绿娥.基于ADuC812电源监控系统J.兵工自动化,2006,25(7):74275.8章百宝,王伟.基于AduC812的CAN总线接口设计J.兵工自动化,2004,23(1):37238.4结束语低相位噪声频率合成器是卫星通信、手机基站,以及点对点微波无线电设备中关键性技术,ADF4350频率合成器具有出色的相位噪声性能,解决了合成器相位噪声可能会限制一些系统的动态范围和接收灵敏度的问题。在基站发射系统中,应用ADF4350构建的直接变换调制器,中国科技核心期刊69专心-专注-专业