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(jì)

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(shí)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(jì)具有高性價(jià)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(diǎn)，是一款良好的實(shí)用型射頻信號源。

射頻信號源；FI1256；可控衰減

1.緒論

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(dòng)射頻技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展?，F(xiàn)代通信技術(shù)、雷達(dá)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(dòng)化和智能化方向發(fā)展，因此本文在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一款實(shí)用型的射頻信號源。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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)。

3.硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過單片機(jī)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(dá)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(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。

3.1 射頻信號產(chǎn)生電路

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(dá)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(gè)頻段：48.25～168.25MHz，175.25～455.25MHz，463.25～863.25MHz。

3.2 射頻信號分頻及功率控制電路

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(dá)1GHz[2]。

功率控制采用AT-260是MACON公司生產(chǎn)的5bit，1dB步進(jìn)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。可實(shí)現(xiàn)程控衰減功能，最小衰減1dB，最大衰減31dB。

4.FI1256 MK2模塊軟件設(shè)計(jì)

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(gè)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(gè)地址上。

(2)編程分頻字節(jié)Dbl和Db2

n14～n0由下式計(jì)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(shí)為快速調(diào)諧．CP=0時(shí)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(shí)。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(shí)，充電泵設(shè)置為高阻狀態(tài)。正常使用時(shí)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(gè)渡段：低頻段為49.75-170MHz；中頻段為170-450MHz；高頻段為450-863.25MHz。

5.系統(tǒng)測試性能數(shù)據(jù)

實(shí)用型高頻信號發(fā)生器性能參數(shù)如表2所示。

6.結(jié)論

本系統(tǒng)指標(biāo)與射頻信號源高端產(chǎn)品差距較大，但性價(jià)比毫不遜色。射頻信號源的市場價(jià)格比較高，尤其到VHF以上頻段，價(jià)格非常昂貴，價(jià)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(biāo)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(shí)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(dòng)電荷泵鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)[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。