一種基于LMX2485E芯片的調制倍頻電路

　　配合選用不同頻段的外部壓控振蕩器，LMX2485E芯片的倍頻工作范圍50MHz~3GHz。芯片外部輸入的信號有標準頻率源參考信號和壓控振蕩器輸出反饋頻率以及接口控制信號。壓控振蕩器輸出頻率經(jīng)過(guò)耦合電路輸入到LMX2485E后，經(jīng)11位整數分頻器和22位小數分頻器的配合使用得到分頻后的鑒相輸入頻率，進(jìn)入鑒相器的B相。標準頻率源參考信號經(jīng)過(guò)耦合電路輸入到LMX2485E后進(jìn)入鑒相器的A相(可根據需要使用6位分頻器改變鑒相頻率)?？刂菩盘栍善x信號CE、時(shí)鐘信號CLK、數據信號DATA和數據鎖存信號LE組成。在時(shí)鐘信號的控制下，控制字由DATA口輸入R0至R7寄存器中。在接收到數據鎖存信號后，先前輸入的R0至R7寄存器內容到達對應的鎖存器，本次頻率控制參數設置生效。鑒相器輸出的誤差信號通過(guò)濾波環(huán)路后控制外部的壓控振蕩器的輸出頻率，使10MHz高穩晶振輸出頻率的穩定度能夠傳遞到壓控振蕩器的輸出頻率上，最終使455.645833MHz信號也具備相同的頻率穩定度。同時(shí)，該頻率合成器具備快速鎖定功能，在環(huán)路參數設置正確的情況下，從新的頻率控制字寫(xiě)入到壓控振蕩器穩定輸出新的頻率，只需5ms，本文的調制速率為136 Hz，兩個(gè)頻率跳變間隔為8ms左右，經(jīng)試驗證明完全能夠滿(mǎn)足調制要求。

　　寄存器配置及軟件流程

　　LMX2485E有R0~R7這 8個(gè)24位寄存器，R1關(guān)聯(lián)著(zhù)分頻系數中的整數部分;R0關(guān)聯(lián)著(zhù)分頻系數中的小數部分。由于本文中受調制切換的左、右兩個(gè)頻率值相差40 Hz，所以只改變小數寄存器R0內容即可，剩余 R1~R7寄存器按照手冊要求在程序初始化時(shí)一次寫(xiě)好后就不需改動(dòng)。

　　對于本方案中，調制信息表現為以455.645833MHz信號為中心頻率，以136Hz的速率(調制速率)在兩個(gè)頻率點(diǎn)之間切換，兩個(gè)頻率點(diǎn)與中心頻率相差±20Hz(該指標對應調制深度)。那么左邊頻點(diǎn)寫(xiě)入455.645813MHz的頻率控制字，右邊頻點(diǎn)寫(xiě)入455.645853MHz的頻率控制字，單片機按136 Hz的中斷速率控制芯片刷新頻率控制字即可實(shí)現頻率調制要求。按照這個(gè)思路，軟件流程圖編寫(xiě)如圖4。

　　硬件連接與參數設定

　　LMX2485E的硬件電路有比較成熟的參考應用，與單片機接口電路如圖5所示。芯片手冊給出的時(shí)序控制圖如圖6所示。

　　接口控制有幾點(diǎn)注意事項：片選使能CE信號在上電后置高電平;DATA和CLK信號遵從SPI通信協(xié)議，數據在CLK上升沿有效;數據鎖存信號LE在某個(gè)寄存器控制字節全部寫(xiě)完后才能置高，保持足夠時(shí)間后拉低。

　　該芯片的MUXOUT管腳可通過(guò)軟件設置為鎖定檢測輸出端，高電平表示鎖定、低電平表示脫鎖。使用單片機的外部中斷檢測口或搭建如圖7所示的鎖定狀態(tài)檢測電路，可以準確獲知產(chǎn)生455.645833MHz信號的鎖相環(huán)路是否工作在正常狀態(tài)。這對于快速判斷6834.6875MHz微波探詢(xún)信號是否工作正常很有幫助。

　　鎖相環(huán)頻率合成器輸出的相位噪聲TOTALPN與鑒相頻率PFDF以及反饋分頻系數N之間的關(guān)系如公式(2)所示。

　　其中， TOTALPN為鎖相環(huán)頻率合成器輸出的總相位噪聲，SYNTHPN為鎖相環(huán)頻率合成器自身的相位噪聲，N為反饋分頻系數，PFDF為/FoutN，Fout為環(huán)路輸出頻率。由公式(2)可得公式(3)

　　在SYNTHPN和Fout一定的情況，鑒相頻率PFDF越大，則反饋分頻系數N越小，于是環(huán)路噪聲越低。本文中標準頻率源為10MHz信號，LMX2485E芯片允許最大鑒相頻率為50MHz，故本文取鑒相頻率PFDF為10MHz。查閱手冊可知SYNTHPN最大為-210dBc/Hz，根據Fout為455.645833MHz，N為45.645833可求得該鎖相環(huán)路理論最優(yōu)相噪為-108 dBc/Hz。

　　控制壓控振蕩器的環(huán)路濾波器參數可以通過(guò)ADIsimPLL 3.1軟件進(jìn)行仿真,使用與仿真給出的推薦元件參數相同或相近的值后就可投入使用。根據相關(guān)應用筆記，濾波器選擇為三階無(wú)源低通濾波器，環(huán)路帶寬選擇原則為不超過(guò)鑒相頻率的1/10，本文鑒相頻率為10MHz，根據實(shí)驗結果，取環(huán)路帶寬100kHz左右。