桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 楊藝敏 劉 濤
射頻信號源的設(shè)計
桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 楊藝敏 劉 濤
本文采用以高頻頭FI1256為本振,結(jié)合外圍分頻、增益控制及功率放大器電路,實現(xiàn)10MHz~900MHz射頻信號的頻率和功率連續(xù)可調(diào),輸出功率在2dBm~-10dBm之間可調(diào)。本設(shè)計具有高性價比,頻率穩(wěn)定度高,諧波分量和相位噪聲的抑制效果良好等優(yōu)點,是一款良好的實用型射頻信號源。
射頻信號源;FI1256;可控衰減
信號源是指測量用的信號發(fā)生器。它是為電子測量提供符合一定技術(shù)要求的電信號設(shè)備,是電子測量中最基本,最廣泛的電子測量儀器之一[1]。在電子通訊系統(tǒng)中,只有使用更高的載波頻率,才能獲得更大的帶寬。無線通信需要采用天線發(fā)射和接收信號,工作頻率越高,天線尺寸越短,這迎合了通信對尺寸小型化的要求。由于上述原因,越來越多的電子通信系統(tǒng)使用了有較高頻率的射頻頻段,帶來了射頻應(yīng)用的的繁榮,并推動射頻技術(shù)進一步發(fā)展?,F(xiàn)代通信技術(shù)、雷達技術(shù)、電子測量以及一些光電應(yīng)用領(lǐng)域都要求高精度,高穩(wěn)定度,高分辨率的射頻正弦信號。信號源總的趨勢是向著寬頻率覆蓋,高精度,多功能,自動化和智能化方向發(fā)展,因此本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計一款實用型的射頻信號源。
射頻信號發(fā)生器的總體原理框圖如圖1所示。包括主控模塊、輸入模塊、顯示模塊、掉電存儲模塊、射頻信號發(fā)生模塊、功率放大模塊衰減器、分頻器和模擬開關(guān)。
本系統(tǒng)通過單片機模擬I2C總線協(xié)議控制FI1256調(diào)諧器產(chǎn)生80MHz至900MHz的射頻信號,經(jīng)upc1676帶寬放大器放大,其中一路放大后的射頻信號再經(jīng)AT-260衰減器做功率調(diào)控,再經(jīng)末級放大器upc1676放大,輸出功率可達0dBm左右;另一路放大后的射頻信號經(jīng)MB511分頻器8分頻后可輸出10MHz至80MHz的射頻信號,再經(jīng)AT-260衰減器調(diào)控功率,最后經(jīng)末級放大,實現(xiàn)了設(shè)計要求。
電視信號前端處理器FI1256 MK2模塊由調(diào)諧單元和中頻單元兩部分組成。利用I2C總線通訊對PLL鎖相環(huán)調(diào)諧系統(tǒng)編程,達到調(diào)諧和控制的目的。中頻解調(diào)器模塊輸出的AGC信號反饋至輸入級的放大控制電路,AGC控制輸入級的放大量,這樣就可以使中頻解調(diào)器輸出穩(wěn)定的電平。其頻率范圍為48.25MHz到863.25MHz,共劃分為三個頻段:48.25~168.25MHz,175.25~455.25MHz,463.25~863.25MHz。
射頻信號分頻采用富士通公司生產(chǎn)的MB511,該芯片為1.0GHz高速模前置分頻器,它形成了鎖相環(huán)電路結(jié)合頻率合成器,可預(yù)置1,2,8分頻,輸入帶寬可達1GHz[2]。
功率控制采用AT-260是MACON公司生產(chǎn)的5bit,1dB步進低成本數(shù)字衰減器。AT-260最適合的精度高[3],使用快速切換的地方,典型應(yīng)用包括無線電設(shè)備,無線局域網(wǎng)、GPS設(shè)備和其他獲得/液位控制電路??蓪崿F(xiàn)程控衰減功能,最小衰減1dB,最大衰減31dB。
FI1256的控制有讀和寫兩種模式。寫模式可將調(diào)諧信息通過I2C總線寫入,讀模式可以讀出內(nèi)部鎖定狀態(tài),在寫摸式下有以下5個字節(jié)需寫入,見表1所示。
表1 FI1256模塊控制字
表2 系統(tǒng)測試性能數(shù)據(jù)
圖1 射頻信號發(fā)生器系統(tǒng)的總體原理框圖
(1)地址字節(jié)(Adb)
MA1和MA0的不同組合可將FI1256設(shè)置在不同的4個地址上。
(2)編程分頻字節(jié)Dbl和Db2
n14~n0由下式計算得到:
式中(pc)是欲接收頻道的圖像載波頻率;(pc)是中頻信號圖像載波頻率。
(3)控制字節(jié)Cb和Pb
充電泵設(shè)置:CP用于設(shè)置調(diào)諧速度。CP=I時為快速調(diào)諧.CP=0時為中等速度調(diào)諧,可產(chǎn)生較小的殘留振蕩器調(diào)頻干擾。
測試模式設(shè)置:T2,T1和T0可設(shè)置FI1256的工作模式。正常使用時。應(yīng)設(shè)置為:T2=T1,T0=1。
鎖相環(huán)禁止:OS用于設(shè)置鎖相環(huán)。OS=l時,充電泵設(shè)置為高阻狀態(tài)。正常使用時應(yīng)設(shè)置OS=0。
調(diào)諧步長設(shè)置:RSA和RSB的不同組臺用于將調(diào)諧步長設(shè)為3種值:31.25kHz,50kHz,62.5kHz。
波段切換:P0~P7用于設(shè)置欲調(diào)頻道所在波段。
FI125將接收頻率范圍分為3個渡段:低頻段為49.75-170MHz;中頻段為170-450MHz;高頻段為450-863.25MHz。
實用型高頻信號發(fā)生器性能參數(shù)如表2所示。
本系統(tǒng)指標與射頻信號源高端產(chǎn)品差距較大,但性價比毫不遜色。射頻信號源的市場價格比較高,尤其到VHF以上頻段,價格非常昂貴,價格從幾萬至數(shù)十萬元一臺不等,即使條件好的高校,在射頻微波電路的教學(xué)過程中,也不可能大量配置。開發(fā)一種頻率較高、指標要求適合教學(xué)使用的信號源,供高校在相關(guān)課程的教學(xué)中使用,具有非常高的現(xiàn)實意義。
[1]遲忠君,徐云,常飛.頻率合成技術(shù)發(fā)展概述[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2004,4:21-24.
[2]吳亮.1.25GHz CMOS集成低抖動電荷泵鎖相環(huán)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海:復(fù)旦大學(xué),2003.
[3]P.E.艾倫,D.R.霍爾伯格.CMOS模擬電路設(shè)計[M].北京:科學(xué)出版社,1995:78-90.
楊藝敏(1983—),女,碩士,桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院教師,研究方向:語音信號處理。
劉濤(1983—),男,碩士,桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院教師,研究方向:通信工程。