2009
年
4
月
第
28
卷
4
期
第
应用天地
ADF4350
½相噪频率合成器
在射频无线通信设备中的应用
马½胜
1
杨鹭怡
2
( 1.
电子工程学院
合肥
230037 ;2.
炮兵学院
合肥
230031)
摘
:
现代射频和微波电子系统中要求频率源具有高频½相噪
,
且具有可靠性½ 、
要
½积小 、
功耗½的特点 。
ADF4350
频率合
成器具有全集成 、
½相½噪声的优点
,
内½片上
VCO (
压控振荡器
)
与
PLL (
锁相环
) ,
可以工½在极½的连续频率范围内
,
广泛
用于无线基础设备及测试设备
,
无线
L AN ,CA TV
和时钟发生器中 。本文简要介绍了
ADF4350
的主要功½
,
详细给出了基于
关键词
:
½相½噪音
VCO ;
锁相环
;
逻辑兼容性
;
均方根抖动
中图分类号
:
TP273. 5 : T K223. 513
文献标识码
:
B
ADF4350
用½直接变换调制器以及和
ADuC812 , ADSP
2
21xx
的接口连接的设计方案 。
Application of ADF4350 frequency synthesizer with
low phase noise in the RF wireless communication device
Ma Guo sheng
1
Yang L uyi
2
( 1. Elect ronic Engineering Instit ute , Hefei 230037 ,China ;2. Artillery Instit ute , Hefei 230031 ,China)
Abstract :
In modern RF and microwave elect ronic systems , t he f requency sources are required wit h some characteristics
while have high
2
f requency and low p hase noise , and have good reliability , small size , low power co nsumptio n. The
ADF4350 has advantages of f ully integrated and low p hase noise , t he voltage cont rolled o scillator ( VCO) and p hase
2
locked
ADF4350 is briefly introduced in t his paper , and some designs about direct conver sion modulator t hat based on ADF4350
Keywords :
low p hase noise VCO ;p hase
2
locked loop ;logic compatibility ;r ms jitter
½者简介
:
马½胜
,
副教授
,
主要研究方向是信号处理及其应用技术 。
中½科技核心期刊
4400 M Hz
范围内的连续调谐 。片上
VCO
在
2. 1 GHz
工
loop ( PLL ) are integrated in t he chip , it can work in a wide continuo us f requency ranging , and it is widely used to wireless
inf rast ruct ure and test equip ment , Wireless L AN s , CA TV equip ment and clock generation. The main f unction of
and it s interface wit h ADuC812 , ADSP
2
21xx are given.
0
引 言
频率源是现代射频和微波电子系统的心脏
,
其性½直
接½响整个电子系统 。随着无线电技术的发展
,
人们提出
了各种各样的频率源的设计方案 。其中锁相式频率源具
有输出频率高
,
频率稳定度高 、
频谱纯 、
寄生杂波小及相½
噪声½等优点 。½是在超½带上实现频率连续可调一般
需要 ½ 用 多 达
10
个 分 立 的
VCO/ PLL , ADI
公 司 的
ADF4350
频率合成器为设计工程师提供了单芯片½相½
噪声的解决方案
[ 1
2
2 ]
。
1
ADF4350
功½及特点
ADF4350
是一款内½片上½噪声压控振荡器
( VCO )
的锁相环
( PLL )
。这款完整的频率合成器支持
137. 5
½
½频率 、
M Hz
偏移处的相½噪声为
- 137 dBc/ Hz ,
在
1
137. 5 M Hz
工 ½ 频 率 、
M Hz
偏 移 处 的 相 ½ 噪 声 为
1
- 155 dBc/ Hz ,
这相½于
2. 1 GHz
频率下的综合均方根
( RMS)
相½误差为
0. 36
°
,137. 5 M Hz
频率下的综合均方
根相½ 误 差 为
0. 02
°
ADF4350
内 ½ 的 压 控 振 荡 器
。
( VCO)
可以覆盖
2200
½
4400 M Hz
的频率范围 。另外
,
ADF4350
提供两个射频输出端口
,
½用户可对输出功率
进行数字编程 。
与其他同类产品不同
,ADF4350
支持整数
N
分频与
小数
N
分频工½模式
,
允许用户通过½件控制方法确定
最½杂散与相½噪声性½
,
从而实现最½的性½ 。此外
,
片上
1/ 2/ 4/ 8
或
16
分 频 电 路 ½ 用 户 ½ 够 生 成 ½ 至
137. 5 M Hz
的射频输出频率
[ 3
2
8 ]
。
—
65
—
应用天地
1. 1
ADF4350
的主要特性
ADF4350
的 主 要 特 性 如 下
:
输 出 频 率 范 围 为
135 M Hz
到
4. 35 GHz ;
分数
N
合成器和整数
N
合成器
;
2009
年
4
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第
28
卷
4
期
第
ADF4350
是集成了电压控制振荡器
( VCO )
的½带时
钟合成器
,
如果和外部环路共同½用来滤除外部参考频
率
,
可以确保分数
N
和整数
N
锁相环
( PLL )
频率合成器
的执行
,
其输出频率在
2. 2 GHz
到
4. 4 GHz
之间 。针对
那些需要隔离的应用
, RF
输出级可以被屏½ 。屏½功½
既可以通过引脚控制
,
也可以通过½件控制 。
ADF4350
还可提供辅助
RF
输出
,
并具有省电模式 。所有寄存器的
控制½是通过一个
3
线接口进行的 。该设备在
3. 0
½
3. 6 V
电源的供电下运行
,
并提供省电模式 。
ADF4350
主
要应用于无线基础设½
( WCDMA
、
2
SCDMA
、
TD
WiMax
、
GSM
、 、
PCS DCS
、
EC T )
、 试 设 备 、 钟 生 成 、 线
D
测
时
无
L AN s
及
CA TV
设备等 。
ADF4350
引脚说明如下
:
CL K ( 1) :
串行时钟输入端 。高阻
CMOS
输入
,
数据
在时钟上升沿锁存在
32
½移½寄存器中 。
DA TA ( 2) :
串行数据输入端 。高阻
CMOS
输入
,
串
行数据首先加½½
MSB ,
第三½
L SB
为控制½ 。
L E ( 3) :
加½½½½端 。
CMOS
输入
,
½
L E
高电平时数
据存入移½寄存器 。
CE ( 4) :
芯片½½端 。该引脚逻辑½电平关闭装½
,
½电荷泵处于三态模式
;
引脚逻辑高电平时
,
由电源关闭
½的状态启动装½ 。
SW ( 5) :
快锁开关 。从环路滤波器与该引脚相连即可
½用快锁模式 。
V
P
( 6) :
电荷泵电源 。该引脚相½于
AV
DD
,
去耦电容
到地½可½放½在靠近该引脚的½½ 。
CP
OU T
( 7) :
电荷泵输出端 。启动时
,
提供 ±
I
CP
给外部
环路滤波器
,
连接环路滤波器至
V
TUNE
以驱动内部
VCO
。
½相½噪音
VCO ;
可编程且可被分为
1/ 2/ 4/ 8
路或
16
路
的输出
;
典型的均方根抖动值
0. 5 p s ;3. 0
到
3. 6 V
电源
;
1. 8 V
逻辑兼容性
;
可编程双模
4/ 5
或
8/ 9
预先分频
;
可编
程输出功率电平
; RF
输出屏½功½
; 3
线串行接口
;
模拟
和数字锁定检测
;
开关带½快速锁定模式
;
减小周期滑移 。
1. 2
ADF4350
的功½框图及引脚说明
ADF4350
外引脚图如图
1
所示
,
其功½框图如图
2
所示 。
图
1
ADF4350
外引脚图
图
2
ADF4350
功½方框图
—
66
—
中½科技核心期刊
2009
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期
第
GND
( 8) :
电荷泵地 。这是
CP
OU T
地返回引脚 。
CP
A GND ( 9) :
模拟地 。这是
AV
DD
地返回引脚 。
AV
DD
( 10) :
模拟电源 。电源范围
3. 0
½
3. 6 V
。去耦
电容到地½可½放½在靠近该引脚的½½
, AV
DD
必须和
DV
DD
值相同 。
A
GNDVCO
( 11 , 18 , 21) :VCO
模拟地 。
RF
OU T
A + ( 12 )
、
OU T
A
2
( 13 ) : VCO
输出和互补输
RF
出 。输出是可编程的
,
可得到
VCO
的基本输出或分频
输出 。
RF
OU T
B + ( 14 )
、
OU T
B
2
( 15 ) : VCO
辅助输出和辅助
RF
互补输出 。输出是可编程的
,
可得到
VCO
的基本输出或
分频输出 。
V
VCO
( 16 , 17) : VCO
电源 。电源范围
3. 0
½
3. 6 V
。
去耦电容到地½可½放½在靠近该引脚的½½
,V
VCO
必须
和
AV
DD
值相同 。
T EMP ( 19) :
温度补偿输出 。
V
TUNE
( 20 ) :
控 制
VCO
的 输 入 。该 电 压 是 由 滤 波
CP
OU T
输出电压得到
,
它决定输出频率 。
R
SET
( 22) :
在该端与地之间连接一个电阻设½电荷泵
输出电流
,
在
R
SET
端标称偏½电压为
0. 55 V , I
CP
和
R
SET
的
关系式为
:
I
CP
=
25
.
5
/ R
SET
应用天地
式中
:
f
REF
是输入参考频率
,
D
是
R Ff
REF
倍频因子
, T
是
参考
(
除
0
或
1
) , R
是射频参考分频因子 。
例如在
UMTS
系统中
,
要求
2112. 6 MHz
的
RF
输出频
率
(
f
OUT
) ,
在
10 MHz
的参考频率输入
(
f
REF
)
的情况下
,
在
RF
输出端要求
200 k Hz
分辨率
(
Δ
f
OUT
)
。注意
,ADF4350
的
工½频率范围在
2. 2 GHz
到
4. 4 GHz
。因此
,
输出分频值取
2 ( VCO
频 率
f
RES
= 4225. 2 MHz ,
f
OUT
= f
RES
/
2 =
4225. 2 MHz/ 2 = 2112. 6 MHz)
。如图
3
所示。
图
3
闭环输出分频器
在
RF
分频器的输出端要求分辨率是
200 k Hz ,
因此
在
VCO (
Δ
f
RES
)
输 出 端 分 辨 率 是 Δ
f
OU T
的 两 倍
,
即
400 k Hz
。
M = f
REF
/
Δ
f
RES
M
= 10 M Hz/ 400 k Hz = 25
由方程
2
得到
f
PFD
= 10 M Hz
×
( 1 + 0) / 1 = 10 M Hz
这里
:
R
S E T
= 5. 1 k
Ω
,
I
CP
= 5 mA
。
V
COM
( 23) :
在一半调谐范围
,
内部补偿其偏差 。
V
REF
( 24) :
参考电压 。
LD ( 25) :
锁定检测输出端 。该端输出一个逻辑高电
平表明锁相环锁定
,
输出½电平即失锁 。
PDB
RF
( 26) : RF
电源关闭 。该端逻辑½电平时屏½
RF
输出
,
这一屏½功½可用½件控制 。
D GND ( 27) :
数字地 。
DV
DD
( 28) :
数字电源 。该端应与
AV
DD
电压相同 。
R EF
IN
( 29) :
参考输入 。这是一个以
V
DD
/ 2
为标称起
点的
CMOS
输入
,
相½于
100 k
Ω 输入电阻的
DC
。这个
输入电压½够驱动一个
T TL
或
CMOS
晶½振荡器
,
也可
以进行交流耦合 。
MU XOU T ( 30 ) :
复合输出 。它允许锁定检测
,
配½
RF ,
或配½参考频率进入外部链接部分 。
SD
GND
( 31) :
数字 ΣΔ 调节器地 。
2
SDV
DD
( 32 ) :
数字 ΣΔ 调节器电源 。应 与
AV
DD
值
2
相同 。
( 3)
( 4)
2112. 6 M Hz = 10 M Hz
×
(
N + k
/ 25) / 2
式中
:
N =
422
, k
= 13
。
模
(
M
)
的选择主要取决于参考输入和输出分辨率
,
例
如
,
在一个
GSM
系统中
,
参考输入为
13 M Hz ,
则模就要取
65 ,
这就意味着
RF
输出分辨率为
200 k Hz ( 13 M Hz/ 65) ,
随
着抖动
,
其分数间隔取决于模的选择
(
如表
1
所示
)
。
表
1
有抖动现象的脉冲间隔
条件
如果
M
是除
2 ,
不是
3
如果
M
是除
3 ,
不是
2
如果
M
是除
6
其他
重复长度
2
×
M
3
×
M
6
×
M
M
脉冲间隔
波道间隔
/ 2
波道间隔
/ 3
波道间隔
/ 6
波道间隔
3
ADF4350
的典型应用
3. 1
在直接变换调制器中的应用
2
ADF4350
频率合成计算举例
下面是一个
ADF4350
频率合成的一个例子
:
( 1)
f
OU T
= [ N + ( k/ M) ]
×
[ f
PFD
]/
2
式中
:
f
OU T
是射频输出频率
,
N
是整数分频因子
, k
是小数
分频因子
, M
是模 。
( 2)
f
PFD
= f
REF
×
[ (
1
+ D) / ( R
×
(
1
+ T) ) ]
直接变换架构越来越多的被用在基站发射机中
,
图
4
所示即为
ADF4350
在直接变换调制器中的应用电路 。图
中显示
AD9761 TxDAC
和
ADL5375
结合½用
,
½用双集
成
DAC ,
例 如 像
AD9788
具 有 独 特 的 ±
0. 02 dB
和
±
001 dB
的增益和偏移匹配的特点
,
在整个温度范围确
0.
保信号链这部分的最小误差 。
本地振荡器
( L O )
由
ADF4350
实现
,
½通滤波器½用
ADIsimPLL
TM
方案实现
200 k Hz
波道间隔及
35 k Hz
闭环
带½ 。
ADL5375
的
LO
部分可由
ADF4350
的互补
RF
OUT
A
和
中½科技核心期刊
—
67
—
应用天地
RF
OUT
B
输出的差动来驱动
,
这½得其性½优于单端的
LO
驱
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年
4
月
第
28
卷
4
期
第
ADF4350 ,
可通过½件编程以得到最½的
L O
功率 。
RF
输出是为了推动
50
Ω 负½½
,
如图
3
所示 。如果
I
动器
,
并在
ADL5375
中省去½用变压器。在这个配½中
,LO
的典型均方根相½噪声
(100 Hz
至
5 MHz)
为
0. 61
°
。
AD8349
的
L O
驱动值为
- 10 dBm
到
0 dBm ,
对于
和
Q
输入是由
2 V
p
2
p
信号正交驱动
,
那么调制器输出功率
大约为
2 dBm
。
图
4
ADF4350
直接变换调制器电路图
3. 2
ADF4350
在
ADuC812
及
ADSP
2
21xx
接口连接上的
应用
在
ADF4350
中 有 一 个 兼 容
SPI
串 行 接 口
, CL K
、
DA TA
和
L E
控制数据传输 。½
L E
高电平时
,
将已锁入
寄存器的
32
½数据在时钟
CL K
的上升沿移到相应的锁
存器中
,
如图
5
为其时间图
,
表
2
为寄存器地址表 。
图
6
显示了
ADF4350
和
ADuC812 MicroConverter
接
口连接
,
由于
ADuC812
是基于
8051
核
,
因此这个接口可
以用于任½基于
8051
的微控制器中 。为实现
SPI
控制模
式
,
以
CP HA = 0
设定
MicroConverter
。初始工½
,
驱动
L E
的
I/ O
口被½为½电平 。
ADF4350
的每次锁存½需
要一个
32
½字
,
从
MicroConverter
到设备上是通过写四
个
8
½字节来完成的 。½第四个字节被写入时
,L E
输入
应被½为高电平以完成传送 。
ADuC812
上的
I/ O
口线也
被用于控制电源关闭输入
( CE)
和锁定检测 。½在所述方
式下工½时
,ADuC812
的最大
SCL OC K
是
4 M Hz ,
这就
意味着其可变输出频率的最大值是
125 k Hz
。
表
2
、 、 的真值表
C3 C2 C1
控制½
寄存器
C3
0
0
0
0
1
1
C2
0
0
1
1
0
0
C1
0
1
0
1
0
1
寄存器
0 ( R0)
寄存器
1 ( R1)
寄存器
2 ( R2)
寄存器
3 ( R3)
寄存器
4 ( R4)
寄存器
5 ( R5)
—
68
—
中½科技核心期刊
2009
年
4
月
第
28
卷
4
期
第
应用天地
图
5
时间图
图
6
ADF4350
和
ADuC812
接口连接
½相½噪声频率合成器是卫星通信 、
手机基站
,
以及
点对点微波无线电设备中关键性技术
, ADF4350
频率合
成器具有出色的相½噪声性½
,
解决了合成器相½噪声可
½会限制一些系统的动态范围和接收灵敏度的问题 。在
基站发射系统中
,
应用
ADF4350
构建的直接变换调制器
,
图
7
显示了
ADF4350
和
ADSP
2
21xx
数字信号处理器
的接口连接 。
ADF4350
每次的锁存写入½需要一个
32
½串
行字
,
采用
ADSP
2
21xx
系列做到这一点的最简单的方法是
以交替½式½用自动缓冲的发送模式
,
它提供了一种在中断
产生之前传送整块串行数据的方法 。
设定
8
½的字长
,
用四个存储单元存储每个
32
½字 。
编
程每个
32
½锁存器
,
存储
8
½字节
,
起动
auto buffered
方式
,
写入
DSP
的发送寄存器中
,
最后启动
autobuffer
进行传送 。
4
结束语
图
7
ADF4350
和
ADSP
2
21xx
接口连接
中½科技核心期刊
电路架构简单
,
可靠性高 。由于
ADF4350
提供两个射频
输出口
,
用户可对输出功率进行数字编程
,
而且它支持整
数
N
分频与小数
N
分频模式
,
用户可通过½件控制方法
确定最½杂散与相½噪声性½
,
从而实现最½的性½ 。另
外由于
ADF4350
兼容了
SPI
串行接口
,
它与
ADuC812
接
口适用于任½基于
8051
的微控制器
,
应用非常方便 。在
数字信号处理器中
,ADF4350
与
ADSP
2
21xx
的连接实现
了整块串行数据的传送
,
应用前景非常广泛 。
参 考 文 献
[ 1 ]
GIL MOR E R ,B ESSER L .
现代无线系统射频电路实
用设计
[ M ] .
杨芳
,
翁木云译
,
北京
:
电 子工业出版
社
,2006.
[2 ]
李智群
,
王志功
.
射频集成电路与系统
[ M ].
北京
:
科
学出版社
,2008.
[ 3 ]
RO HD E U L ,N EW KIR K D P.
无线应用射频微波电
路设计
[ M ].
刘光祜
,
张玉兴
,
译
,
北京
:
电子工业出版
社
,2004.
[4]
黄智伟
.
锁相环与频率合成器电路设计
[ M ] .
西安电
子科技大学出版社
,2008.
[5]
MANASSEWITSC H V.
频率合成原理与设计
[ M ] .
½松 柏
,
宋 亚 梅
,
鲍 景 富
,
译
,
北 京
:
电 子 工 业 出 版
社
,2008.
[6]
吴敏渊
. ADSP
系列数字信号处理器原理
[ M ] .
北京
:
电子工业出版社
,2002.
[7]
鄢化½
,
黄绿娥
.
基于
ADuC812
电源监控系统
[J ] .
兵
[8]
章百宝
,
王伟
.
基于
AduC812
的
CAN
总线接口设计
[J ] .
兵工自动化
,2004 ,23 ( 1) :37
2
38.
工自动化
,2006 ,25 ( 7) :74
2
75.
—
69
—
京公网安备 11010802033920号
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