基于adf4118 的c 波段频率合成器的设计与实现

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1、基于ADF4118的C波段频率合成器的设计与实现任丽红何昌见公安部第一研究所北京100048【文章】基于锁相环频率合成技术，以锁相环芯片ADF4118、压控振荡器HMC505和八分频器HMC363为核心器件，设计了频率为6.812-6.872GHz的锁相环频率合成器。文中对频率合成器的实现方案进行了详细分析，并给出仿真和实验结果。【关键词】锁相环频率合成器；ADF4118；环路滤波器；ADIsimPLL0引言频率合成器是现代射频和微波电子系统的关键部件，其性能直接影响整个电子系统的功能，现已广泛用于通信设备、雷达、武器制导及电子对抗等系统。频率合

2、成技术是将一个或多个标准频率源作参考，经混频、倍频或分频等，产生一系列高精度和高稳定度离散频率信号的技术。锁相式频率合成器是利用锁相环（PLL）将压控振荡器（VCO）的频率锁定在某一个频率点上，由压控振荡器产生并输出所需的频率。这种方法输出频率稳定，杂散抑制好，相位噪声低，频率范围宽。随着锁相环电路的集成化、数字化和小型化发展，锁相式频率合成技术得到广泛应用。本文以PLL芯片ADF4118、压控振荡器HMC505和八分频器HMC363为核心器件，设计了6.812-6.872GHz的PLL频率合成器。该频率合成器可实现固定频率输出和步进频率扫描，频

3、率切换速度快，输出杂散和相位噪声较低，将作为某谐波雷达接收机的本振频率。1频率合成器的主要技术指标和方案分析1.1主要技术指标频率范围：6.812-6.872GHz频率步进：2MHz相位噪声：＜-80dBc/Hz100kHz杂散电平：＜-50dBc1.2实现方案要求频率合成器的输出频率在6.812~6.872GHz，若设计中仅采用PLL芯片和VCO，那么PLL芯片的输入频率要达到7GHz，可选的芯片型号很少，且价格昂贵。经比较，在PLL回路中加入一个八分频器，将VCO的反馈信号先八分频后再送至PLL芯片，这样PLL芯片的输入频率将降为设计频率的八

4、分之一，在851.5-859MHz即可，常用的PLL芯片均能满足要求，实验中选择ADI公司的PLL芯片ADF4118。图1是设计的PLL频率合成器的原理框图，利用10MHz的晶振提供参考频率，VCO的反馈信号先经八分频后，再经ADF4118分频、鉴相，并经电荷泵和环路滤波器形成与相位差成比例的电压信号来控制VCO的输出。单片机通过串口通信，控制ADF4118的输出频点，并实现固定频率输出和步进频率扫描。图1频率合成器原理框图2频率合成器的电路设计2.1ADF4118的特性和控制方法ADF4118是一款单片集成的射频PLL芯片，内部集成了预分频器、

5、分频器、鉴相器等部件，如图2所示。ADF4118内置1个分频比为32/33的双模预分频器P/P+1、1个14位可编程参考分频器（R分频器）、1个可编程A、B计数器和低噪声数字鉴相器，并自带锁相检测指示和电荷泵输出等。5位A计数器、13位B计数器与双模预分频器P/P+1共同组成N007电子科技ElectronicsTechnology电子制作分频器，分频比N=BP+A。由ADF4118构成PLL频率合成器，只需外置环路滤波器、压控振荡器和分频器即可。由图1、图2知，频率锁定时，有fvco/8=fREFIN/R。于是，VCO的输出频率为fvco=8(

6、PxB+A)fREFIN/R。其中，fREFIN为参考频率，鉴相频率为fREFIN/R，VCO的频率步进为8fREFIN/R。采用SiliconLabs公司的微控制器C8051F300对ADF4118进行编程控制。C8051F300的P0.0、P0.1、P0.2分别对应ADF4118的LE、DATA、CLK输入端，通过控制DATA的数据来改变输出频率。本设计中，参考频率fREFIN=10MHz，若要求输出频率为6.812GHz、频率步进2MHz，于是参考分频比R=40；分频比N=P×B+A=3406；由P=32，得B=106、A=8。2.2压控振

7、荡器和八分频器VCO的主要考虑因素有：具有一定的压控灵敏度；开环相位噪声低；频率稳定度高；体积小等。基于上述原因，选取HITTITE公司的芯片HMC505，其主要指标为：频率范围：6.8-7.4GHz；相位噪声：-106dBc/Hz100kHz；输出最大功率：11dBm；压控灵敏度：20MHz/V；封装尺寸：QFN4x4mm。八分频器选用HITTITE公司的HMC363，是一款用于锁相环电路的低相噪预分频器，输入频率0.2-12GHz，相位噪声-153dBc/Hz100kHz。2.3环路滤波器设计环路滤波器是锁相环频率合成器的关键部分，其性能好坏

8、直接影响锁相输出频率信号的杂散、相位噪声、稳定度等指标，间接影响接收机的信噪比、接收灵敏度等。环路滤波器的作用是滤除鉴相器输出电压中的高