頻率合成器是發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)中的核心器件，采用相位負(fù)反饋頻率控制技術(shù)，具有良好的窄帶載波跟蹤性能和帶寬調(diào)制跟蹤性能，為系統(tǒng)上、下變頻提供本振信號(hào)，對(duì)相位噪聲和雜散具有很好的抑制作用，通過鎖相頻率合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)的頻率源已經(jīng)在雷達(dá)、通信、電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文以GPS信號(hào)源設(shè)計(jì)為參考，介紹ADI公司的頻率合成器ADF4360-4在GPS信號(hào)源設(shè)計(jì)中的典型應(yīng)用。

1 信號(hào)源系統(tǒng)組成

1．1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)了解了GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)GPS信號(hào)源的目的是模擬衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號(hào)，也就是對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行基帶調(diào)制并產(chǎn)生頻率為1 575．42 MHz的GPS射頻信號(hào)，根據(jù)文獻(xiàn)，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中，采用超外差上變頻思路，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，分數(shù)字電路和模擬電路兩部分，系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示，數(shù)字電路部分設(shè)計(jì)采用軟件無線電的思路，利用FPGA芯片完成GPS信號(hào)的基帶調(diào)制和中頻調(diào)制，輸出8 b的GPS數(shù)字中頻信號(hào)，通過D／A器件轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)后送到模擬電路；模擬電路部分是整體設(shè)計(jì)的核心，主要是進(jìn)行射頻電路板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，采用頻率合成器、混頻器等器件，對(duì)信號(hào)進(jìn)行混頻，濾波，功率控制等，將GPS中頻信號(hào)混頻調(diào)制到射頻信號(hào)，利用射頻電路完成上變頻功能。

1．2 模塊設(shè)計(jì)

（1）數(shù)字電路：數(shù)字電路部分就是基帶／中頻模塊設(shè)計(jì)，采用軟件無線電思路，根據(jù)文獻(xiàn)，利用FPGA芯片產(chǎn)生GPS導(dǎo)航電文（D碼）、C／A碼、數(shù)字中頻載波，對(duì)它們進(jìn)行基帶調(diào)制、擴(kuò)頻調(diào)制輸出GPS數(shù)字中頻信號(hào)，其中GPS信號(hào)調(diào)制原理如圖2所示，主要由C／A碼模塊、D碼模塊、DDS模塊和調(diào)制模塊等組成。其中C／A碼模塊產(chǎn)生速率l．023MHz的第i顆衛(wèi)星的C／A碼序列，C／A碼有1 023個(gè)碼片，持續(xù)周期是1 ms；D碼模塊產(chǎn)生速率50 Hz的第i顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文（D碼）；DDS模塊產(chǎn)生速率12．5 MHz的數(shù)字載波信號(hào)；調(diào)制模塊對(duì)C／A碼、D碼和載波信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制和BPSK調(diào)制，輸出12．5 MHz的GPS數(shù)字中頻信號(hào)。

（2）模擬電路：根據(jù)文獻(xiàn)，模擬電路部分就是射頻模塊設(shè)計(jì)，利用頻率合成器、混頻器、濾波器和衰減器等器件進(jìn)行射頻電路設(shè)計(jì)，基本原理如圖1所示的模擬部分，功能是將GPS信號(hào)由中頻搬移到射頻上，通過濾波器濾波，經(jīng)可調(diào)衰減器調(diào)整功率后輸出GPS射頻信號(hào)，完成上變頻功能。

2 頻率合成器ADF4360-4

2．1 工作原理及其性能

頻率合成器主要功能是為系統(tǒng)上下變頻提供本振信號(hào)，多應(yīng)用于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常由數(shù)字鑒相器（PD）、環(huán)路濾波器（LF）、壓控振蕩器 （VCO）和可編程計(jì)數(shù)器（R計(jì)數(shù)器和N計(jì)數(shù)器）等組成，數(shù)字鑒相器（PD）對(duì)R計(jì)算器與N計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)進(jìn)行相位比較，得到一個(gè)誤差電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器（LF）后控制壓控振蕩器（VCO）產(chǎn)生所需頻率。

頻率合成器ADF4360-4是ADI公司生產(chǎn)的高性能鎖相頻率合成芯片，是一款雙模前置分頻型單環(huán)頻率合成器，在不改變頻率分辨率時(shí)，能有效提高頻率合成器的輸出頻率；其主要性能有，輸出頻率范圍為1450～1750 MHz，可選擇二分頻，選擇二分頻時(shí)輸出信號(hào)頻率為725～875 MHz；工作電壓為3～3．6V；輸出信號(hào)的功率可控制范圍為-13～-4 dBm；可編程雙模前置分頻器的分頻比為8／9，16／17，32／33；能夠進(jìn)行模擬和數(shù)字鎖定檢測(cè)；芯片內(nèi)部集成了VCO等。ADF4360-4的工作原理如圖3所示，P／（P+1）為高速雙模前置分頻器，其分頻模數(shù)為P+1和P，A為5位脈沖吞咽可編程計(jì)數(shù)器，B為13位主可編程計(jì)數(shù)器，R為14位可編程參考分頻器，MC為?？刂七壿嬰娐贰Ｔ撈骷ㄟ^可編程5位A計(jì)數(shù)器、13位B計(jì)數(shù)器及雙模前置分頻器（P／P+1）來共同確定主分頻比 N（N=BP+A），14位可編程參考R分頻器對(duì)外部晶振分頻后得到參考頻率fr=f0／R，因此，設(shè)計(jì)時(shí)只需外加環(huán)路濾波器，并選擇合適的參考值，可獲得穩(wěn)定的頻率輸出，其輸出頻率為f0=fi／R（A+BP），式中，fi為輸入頻率，由外部晶振提供。

2．2 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

在模擬電路射頻模塊中，頻率合成器ADF4360-4為混頻器提供本振信號(hào)，其應(yīng)用電路如圖4所示，頻率合成器的模擬輸入是外部溫補(bǔ)晶振，晶振通過一個(gè)濾波器將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘送到ADF4360-4的16腳REFin；頻率合成器的輸出管腳是4腳：RFoutA和5腳RFoutB，這兩路輸出差分高頻信號(hào)，通過匹配網(wǎng)絡(luò)和諧振濾波網(wǎng)絡(luò)送入混頻器的差分輸入端；第17～19管腳分別是頻率合成器初始化時(shí)控制數(shù)據(jù)的CLK腳、DATA腳、LE腳，與測(cè)試輸出用的20腳MUXOUT一并接到一個(gè)5針插頭，以便與FPGA芯片連接，作為其輸入輸出控制接口；12腳Cc為補(bǔ)償管腳，連一個(gè)電容接地；13腳 Rset用來設(shè)置電荷泵輸出最大電流的大小，電流大小由公式ICPmax=11．75／Rest決定，本電路中Rest=4．7 kΩ；14腳CN連一個(gè)電容接Vvco去耦；6腳VCO電源、21腳數(shù)字電源和2腳模擬電源分開放置，分別加去耦電容；其他的模擬地和數(shù)字地直接接地。

2．3 初始化設(shè)計(jì)