馬俊合 張艷妮 雷磊

摘要：隨著雷達技術(shù)快速發(fā)展，對頻率合成器的穩(wěn)定性、頻率的范圍、頻譜的純度以及捷變頻速度的要求更高。本文主要介紹數(shù)字鎖相環(huán)路的原理，對集成鎖相環(huán)芯片ADF4107的相關(guān)性能進行分析和研究，利用其設(shè)計的具有多個頻道的寬帶頻率合成器，結(jié)構(gòu)比較簡單、穩(wěn)定性能較好、具有較高的精度，容易實現(xiàn)等特點。

關(guān)鍵詞：數(shù)字鎖相環(huán) 寬帶頻率源 設(shè)計

中圖分類號：TN74 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00

目前，頻率合成的方式有很多種，對頻率合成器進行直接模擬能夠獲得很大的頻率切換速度，但是由于受到濾波器、體積等影響的限制，也存在著一定的難度。鎖相頻率合成器是利用鎖相環(huán)，在高精度參考晶振的信號上鎖上振蕩器的輸出頻率，工作頻率比較高，頻帶寬，頻譜的質(zhì)量也比較好。但是對于分辨率、頻率建立時間等問題上，數(shù)字頻率合成器的效果要更好。現(xiàn)今社會中，大規(guī)模化的集成電路實現(xiàn)了良好的發(fā)展與進步，對傳統(tǒng)模擬電路設(shè)計產(chǎn)生了一定的沖擊，在實際應(yīng)用中，數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)有著很好的發(fā)展前景，工作頻率更加簡單、精細，集成化逐漸提升，體積減小，更能夠滿足雷達系統(tǒng)的實際需要，可以被應(yīng)用在一些比較特殊的場合中。

1 鎖相環(huán)頻率合成器的基本原理

鎖相環(huán)其實是一種相位負反饋控制系統(tǒng)，將參考信號和壓控振蕩器輸出信號進行對比，獲得一定的誤差，以此控制電壓，使壓控振蕩器的頻率得到科學的調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入信號與輸出信號相同的相位以及相同的頻率。如果在環(huán)路工作中，輸入信號與壓控振蕩器之間的頻率是不一致的，二者之間會有比較固定的頻率差，相位差也會在不停變化，對比鑒相器輸入信號與壓控振蕩器輸出信號的相位，誤差電壓會在合理范圍內(nèi)出現(xiàn)變動，壓控振蕩器在誤差電壓的影響下，其頻率也會發(fā)生變化。[1]如果輸入信號與壓控振蕩器二者在頻率上是一致的，二者間的頻率差就為零，即使時間不短變化，相差也不會發(fā)生變化，誤差電壓就會是一個固定的值，環(huán)路也就進入到了一種“鎖定”的狀態(tài)中。

在目前的雷達工作中，雷達工作都有著比較寬的頻帶。要想在更大空間內(nèi)實現(xiàn)更多的頻率數(shù)，得到比較小的不僅頻率，一般情況下使用的是吞脈沖式鎖相環(huán)頻率合成器。這種吞脈沖技術(shù)利用模式對電平大小進行調(diào)控，調(diào)控工作是借助于雙模前置分頻器開展的，進而對吞脈沖技術(shù)的分頻比進行控制。作為負反饋相位控制系統(tǒng)，鎖相環(huán)路以鑒相器、壓控振蕩器、以及環(huán)路濾波器和可以編程的分頻器等部分為主要構(gòu)成部件。[2]

使用穩(wěn)定性比較高的晶體振蕩器進行信號輸入，以此作為參考，在合理的范圍內(nèi)，就能夠收獲與這種晶振頻率穩(wěn)定差不多的大量的離散頻率信號。利用邏輯電路的方式，保證可變分頻器的分頻的設(shè)計更加科學合理，不影響硬件設(shè)計的前提下，對設(shè)計方法進行重新的修改，頻率間隔較小的離散頻率信號就可以通過重新編程而順利實現(xiàn)，能夠使系統(tǒng)得到更大范圍的使用。

2 ADF4107的數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器的設(shè)計

集成鎖相環(huán)芯片ADF4107分析：

ADF4107是一種新型的鎖相環(huán)芯片，是由美國AD公司生產(chǎn)的，這種芯片有著比較高的頻率上限，性能方面也比較強。這種芯片將鎖相環(huán)頻率合成器中的很多部件集中起來，只是通過比較簡單的外圍電路設(shè)計，就可以建造出一個功率能耗比較小，噪聲低，并且穩(wěn)定性高，并且很可靠的完整的頻率合成器。這種合成器比較簡單靈活，能夠使系統(tǒng)的體積得以縮小。

ADF4107寬帶為7GHz，寬帶超寬，要在電源為2.7-3.2V下進行工作。在收發(fā)系統(tǒng)中應(yīng)用比較普遍，主要將本振信號提供給上下變頻。[3]。參考分頻器其實就是一個14bit的R計數(shù)器，主要是分頻外部恒溫的晶振，分頻比可以設(shè)置為1-16382，進而獲得可以參考的頻率值。利用數(shù)字鑒相器使參考分頻器與射頻前置分頻器的輸出相位得到科學的對比，輸出的誤差電壓是與二者相位誤差成比例的。通過鑒相器內(nèi)部的可以編程的延遲單元，保證對翻轉(zhuǎn)脈沖的寬度能夠得到有效地調(diào)控，翻轉(zhuǎn)脈沖能夠保證鑒相器的傳遞函數(shù)是靈活地，能夠減少相位的噪音，避免出現(xiàn)雜亂零散的參考。壓控振蕩器反饋的信號通過分頻被送到鑒相器，對比參考信號相位，出現(xiàn)與二者相位存在一定誤差比例的誤差電壓。以電荷泵作為輸入裝置，最后進入到低通濾波器中，低通濾波器可以將鑒相器輸出的高頻分量濾除，利用輸出的直流電壓對壓控振蕩器的輸出頻率進行控制，壓控振蕩器將與控制電壓相對應(yīng)的頻率進行輸出。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段，雷達、航天、通訊等技術(shù)實現(xiàn)了良好的發(fā)展，頻率合成技術(shù)的要求也逐漸提高，這種集成鎖相環(huán)頻率合成器雖然體積很小，但是消耗的成本不多，功能也比較齊全，且能耗少，可以被應(yīng)用到大規(guī)模的生產(chǎn)中，因而得到更多重視。

參考文獻

[1]徐飛，劉永智，蘭偉良.基于數(shù)字鑒頻器的新型微波鎖相環(huán)捕獲方法[J].空軍雷達學院學報，2011，03：199-201.

[2]孫玨.基于數(shù)字鎖相環(huán)的寬帶頻率源設(shè)計[J].艦船電子對抗，2011，03：110-113.

[3]管凝，盧起斌，李正祥.基于ADF4001與MAX2620的寬帶鎖相頻率源設(shè)計[J].電子器件，2011，04：424-427.