鎖相環(huán)（PLL）頻率合成技術(shù)是頻率源設(shè)計(jì)的一種現(xiàn)代化技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于通信、導(dǎo)航、電子偵查、電子對(duì)抗、遙控遙測(cè)及現(xiàn)代化儀器儀表等領(lǐng)域中。

1、 集成鎖相環(huán)芯片PE3240介紹

PE3240是Peregrine公司最新生產(chǎn)的一種可在高達(dá)2.2GHz頻段工作的分頻次數(shù)可編程的數(shù)字鎖相環(huán)芯片，正常工作狀態(tài)下功耗低于0.6W。PE3240采用了UltraCMOS技術(shù)，具有超低相位噪聲的優(yōu)良性能。

圖1為PE3240芯片的原理框圖。PE3240由雙模前置分頻器、計(jì)數(shù)器、鑒相器和控制邏輯組成。雙模前7置分頻器采用吞脈沖分頻技術(shù)，通過(guò)模式選擇確定對(duì)VCO輸出頻率是10分頻還是11分頻，通過(guò)20位寄存器的置數(shù)值，主計(jì)數(shù)器M和參考計(jì)數(shù)器R分別對(duì)雙模前置分頻器輸出頻率和參考頻率進(jìn)行分頻，另外的計(jì)數(shù)器A，用于模式選擇，鑒相器產(chǎn)生上下頻率控制信號(hào)，還提供鑒相器測(cè)試和時(shí)鐘檢測(cè)輸出功能。PE3240的分頻置數(shù)采用三線串行模式。該芯片具有功耗低、相位噪聲低、雜散小、分頻頻率高、編程靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。

PE3240主要電路性能為：

雙模前置分頻器（10或11分頻）；

9位M和4位A吞吐脈沖計(jì)數(shù)器；

6位R參考頻率計(jì)數(shù)器；

低電源電壓+3V供電；

輸出頻率范圍為200-2200MHz；

參考頻率最高為100MHz；

三線串行編程模式。

2、 頻率源設(shè)計(jì)方案

如圖2所示，頻率源原理框圖以PE3240為核心。PE3240需要外接環(huán)路濾波器和壓控振蕩器。本設(shè)計(jì)中環(huán)路低通濾波器采用有源比例積分濾波器。如圖3所示，環(huán)路低通濾波器的作用是濾除鑒相器輸出電流中的無(wú)用組合頻率分量及其他干擾分量，以保證環(huán)路所要求的性能，并提高環(huán)路的穩(wěn)定性。

根據(jù)鎖相環(huán)參數(shù)確定R、C等元件的值。需要注意的是，要將環(huán)路帶寬設(shè)置在鑒相器噪聲基底與VCO自由振蕩時(shí)相位噪聲的交叉點(diǎn)上，以提高PLL的相位噪聲性能。

如圖2所示，通過(guò)三線串口，由單片機(jī)將分頻參數(shù)M、R、A置入PE3240，將輸出頻率進(jìn)行［10×（M+1）+A］分頻，作為鑒相器的一路輸入，另一路鑒相器輸入是將參考頻率fR進(jìn)行（R+1）分頻，通過(guò)鑒相器后，得到與兩路信號(hào)的相位誤差成比例的誤差電壓，經(jīng)環(huán)路低通濾波器，取出有用的直流電壓分量，控制VCO的輸出頻率鎖定在［10×（M+1）+A］×［fR/（R+1）］頻率上。

本設(shè)計(jì)中，參考頻率選為28MHz，R=39，A=3。這樣，通過(guò)改變M值（119-159，步進(jìn)為1），可得到頻率間隔為7MHz，范圍為842，1-1122.1MHz的穩(wěn)定輸出頻率。

3、 與單片機(jī)接口及軟件編程

PE3240與單片機(jī)接口只有一種方式，即三線串口模式，電路連接如圖4所示。

分頻參數(shù)R、M、A是以20位串行碼形式輸入PE3240的。其中，R為6位，M為9位，A為4位，還有一位Pre_en為常0，數(shù)據(jù)格式如表1所列。

PE3240串口模式與SPI串口及RS232串口都不同，必須按照特定的時(shí)序?qū)崿F(xiàn)串行碼輸入，即當(dāng)S_WR為低電平時(shí)，在Sclk的上升沿，串行碼被串行輸入PE3240主寄存器，注意，高位R0先入。

根據(jù)串口時(shí)序和數(shù)據(jù)格式，我們編寫(xiě)了使用高效的AT89C51單片機(jī)與PE3240的C51串口通信函數(shù)。具體如下：

本串口通信函數(shù)的設(shè)計(jì)十分巧妙，由于單片機(jī)一個(gè)字節(jié)是8位，因此把20位串行碼分為高4位和低16位分別發(fā)送，高4位由預(yù)置函數(shù)置入，低16位由串行輸入函數(shù)置入。

其中，分頻參數(shù)R、M、A是根據(jù)輸出頻率的首頻率和波道間隔，按下式計(jì)算：

4 、總結(jié)

根據(jù)本設(shè)計(jì)方案，制作的L波段頻率源，已成功應(yīng)用于無(wú)人機(jī)分米波儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備中。性能指標(biāo)良好：輸出頻率范圍為842.1-1122.1MHz，頻率間隔為7MHz，波道數(shù)為40；雜散抑制度＞350dB；相位噪聲≤-85dB（偏離中心頻率10KHz處）；頻率穩(wěn)定度為±1×10-6。

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