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基于單片機控制的ADF4106鎖相頻率合成器設計
作者：
時(shí)間：2010-05-08
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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0引言
在現代電子技術(shù)的設計與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，特別是在通信、雷達、航空、航天以及儀器儀表等領(lǐng)域，都需要進(jìn)一步提高一系列高精度、高穩定度的頻率源的頻率精度。這樣，一般的振蕩器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足各種應用的發(fā)展要求，而晶體振蕩器的性能雖然比較好，但其頻率單一，或只能在極小的范圍內進(jìn)行微調。因此，本文提出了一種基于單片機AT89C2051控制的、利用鎖相技術(shù)、以ADI公司生產(chǎn)的頻率合成器芯片AD4106為核心，來(lái)實(shí)現鎖相頻率合成器的設計方案。
1系統結構原理
該鎖相頻率合成器的具體實(shí)現結構如圖1所示。本系統由頻率合成器AD4106、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、晶體振蕩器以及參考分頻器和程序分頻器共同構成鎖相環(huán)路(PLL)。該環(huán)路輸入端由高穩定度和高準確度的晶體振蕩器經(jīng)參考分頻器分頻后，輸出基準頻率，然后利用鎖相環(huán)路良好的窄帶跟蹤特性，使壓控振蕩器的輸出頻率準確地穩定在參考頻率或某次諧波上。環(huán)路芯片ADF4106中設有程序分頻器和參考分頻器，可由單片機AT89C2051來(lái)編程控制，并可通過(guò)改變單片機程序，利用所提供適當的N、R值，來(lái)求高性能的輸出頻率f0。當環(huán)路鎖定時(shí)，輸出頻率f0可由正式計算出：
式中：N為程序分頻比，R為參考分頻比，fr為晶體振蕩器固定頻率，f0為輸出頻率。
2 系統硬件實(shí)現
下面以410 MHz鎖相頻率合成器為例來(lái)說(shuō)明系統實(shí)現過(guò)程。
2.1 ADF4106的結構特性
ADF4106是美國ADI公司生產(chǎn)的集成數字鎖相頻率合成芯片。它集成有一個(gè)低噪音的數字鑒相器、可編程的分頻器、可編程A／B計數器、雙模前置分頻(P／P+1)、精確的電荷泵以及其它模塊。ADF4106最大特點(diǎn)就是具有極高的工作頻率，因此可簡(jiǎn)化系統結構，降低功耗和設備成本。此外還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的3線(xiàn)接口控制片內的寄存器，方便地控制芯片工作狀態(tài)。其ADF4106的內部結構如圖2所示。
ADF4106的技術(shù)參數有：可輸出頻率為小于550 MHz；雙模因子為8／9(P=8)；參考頻率為5M＜fr＜100 M；鎖定頻率f0=Nfr／R，其中N=(BP+A)；A、B、R為內部可編程計數器，A為5位，B、R為14位。
2.2 系統硬件電路
系統硬件電路連接圖如圖3所示。圖中ADF4106的CP腳外接電容390 pF、2700 pF和39pF以及電阻10 kΩ、27 kΩ構成環(huán)路濾波器，本系統中采用三階環(huán)路濾波器，主要用于衰減誤差電壓中的高頻分量，提高系統抗干擾能力。其環(huán)路帶寬為20 kHz。另外，由于壓控振蕩器的輸入端電壓較大，而頻率合成器的輸出電壓小，所以設計中選擇了運算放大器芯片AD820來(lái)放大誤差電壓信號。
基于頻率合成器在滿(mǎn)足其它技術(shù)指標要求的前提下，還要實(shí)現電路的小型化，因此設計中選擇Mini-Circuit公司生產(chǎn)的POS-535、體積小、可靠性高的壓控振蕩器。
本設計中的單片機選用的是Atmel公司的AT89C2051芯片，該單片機可用以對ADF4106進(jìn)行控制。AT89C2051是一個(gè)8位單片機，其內部含有2 KB的可編程可擦除閃爍存儲器和15個(gè)I／O編程口。另外，在設計時(shí)，還應該在單片機與ADF4106之間接入一片74L373芯片，以緩沖單片機中的雜散干擾。
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