一種基于LMX2485E芯片的調(diào)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)過耦合電路輸入到LMX2485E后，經(jīng)11位整數(shù)分頻器和22位小數(shù)分頻器的配合使用得到分頻后的鑒相輸入頻率，進入鑒相器的B相。標準頻率源參考信號經(jīng)過耦合電路輸入到LMX2485E后進入鑒相器的A相(可根據(jù)需要使用6位分頻器改變鑒相頻率)。控制信號由片選信號CE、時鐘信號CLK、數(shù)據(jù)信號DATA和數(shù)據(jù)鎖存信號LE組成。在時鐘信號的控制下，控制字由DATA口輸入R0至R7寄存器中。在接收到數(shù)據(jù)鎖存信號后，先前輸入的R0至R7寄存器內(nèi)容到達對應(yīng)的鎖存器，本次頻率控制參數(shù)設(shè)置生效。鑒相器輸出的誤差信號通過濾波環(huán)路后控制外部的壓控振蕩器的輸出頻率，使10MHz高穩(wěn)晶振輸出頻率的穩(wěn)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(wěn)定度。同時，該頻率合成器具備快速鎖定功能，在環(huán)路參數(shù)設(shè)置正確的情況下，從新的頻率控制字寫入到壓控振蕩器穩(wěn)定輸出新的頻率，只需5ms，本文的調(diào)制速率為136 Hz，兩個頻率跳變間隔為8ms左右，經(jīng)試驗證明完全能夠滿足調(diào)制要求。

　　寄存器配置及軟件流程

　　LMX2485E有R0~R7這 8個24位寄存器，R1關(guān)聯(lián)著分頻系數(shù)中的整數(shù)部分;R0關(guān)聯(lián)著分頻系數(shù)中的小數(shù)部分。由于本文中受調(diào)制切換的左、右兩個頻率值相差40 Hz，所以只改變小數(shù)寄存器R0內(nèi)容即可，剩余 R1~R7寄存器按照手冊要求在程序初始化時一次寫好后就不需改動。

　　對于本方案中，調(diào)制信息表現(xiàn)為以455.645833MHz信號為中心頻率，以136Hz的速率(調(diào)制速率)在兩個頻率點之間切換，兩個頻率點與中心頻率相差±20Hz(該指標對應(yīng)調(diào)制深度)。那么左邊頻點寫入455.645813MHz的頻率控制字，右邊頻點寫入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現(xiàn)頻率調(diào)制要求。按照這個思路，軟件流程圖編寫如圖4。

　　硬件連接與參數(shù)設(shè)定

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

　　接口控制有幾點注意事項：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(shù)據(jù)在CLK上升沿有效;數(shù)據(jù)鎖存信號LE在某個寄存器控制字節(jié)全部寫完后才能置高，保持足夠時間后拉低。

　　該芯片的MUXOUT管腳可通過軟件設(shè)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(shù)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(shù)，PFDF為/FoutN，F(xiàn)out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(shù)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(jù)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(shù)可以通過ADIsimPLL 3.1軟件進行仿真,使用與仿真給出的推薦元件參數(shù)相同或相近的值后就可投入使用。根據(jù)相關(guān)應(yīng)用筆記，濾波器選擇為三階無源低通濾波器，環(huán)路帶寬選擇原則為不超過鑒相頻率的1/10，本文鑒相頻率為10MHz，根據(jù)實驗結(jié)果，取環(huán)路帶寬100kHz左右。