2.4ghz频段的射频信号发生器设计

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1、2.4GHz频段的射频信号发生器设计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，大多数普通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满足科研及教学仪器使用的需要。本文正是基于这一点，设计成本低、性能可靠的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控制设定所要操作的工作频率和

2、基带调制方式，经由FPGA进行直接控制生成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　　信号调制电路首先是FPGA电路设计采用ALTERA公司的EP1C20芯片，用VHDL编程实现由人机界面输出控制信息，然后将控制信息对应所要产生的信号，将信号输

3、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围。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，提供高精度的系统时钟，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位频率控制字，采用与SPI兼容的接口，用FPGA控制可靠方便，串行时钟为10MHz;具有反转SINC功能，在DAC变换之前恢

4、复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。 　　图1系统框图 　　图2AD9856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控制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，最后通过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，

5、最后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允许中频输入频率在40MHz到500MHz之间，射频输出频率在2.4GHz到2.5GHz之间。采用单端信号，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，

6、其电路结构如图3所示。 图3MAX2671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。本振信号电路采用PLL+VCO的锁相环路提供本振信号，具有精度和稳定度高、频率可变等优点，方便在以后频率资源调整或扩展。本振信号的频率稳定度很重要，这部分设计以集成电路为核心，采用ADI公司的频率合成器ADF4113和MAXIM公司的压控振荡器MAX2750，其原理框图如图4所示。　　图4射频本振信号电路框图　　为控制频率合成器通过FPGA模拟3线串行接口信号

7、时序来控制锁相环频率合成器ADF4113，根据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，获得一较为稳定的电压，控制VCO的振荡频率输出，从而获得所需要的2380MHz本振信号。　　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A(6bit)及B(13bit)分频计数器和一个双模分频器(P/P+1)构成。MAX2750

8、是MAXIM公司用于2.4GHz到2.5GHz的IS