ADF4360-4原理及其在GPS信號源中的應用
頻率合成器是發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)中的核心器件,采用相位負反饋頻率控制技術,具有良好的窄帶載波跟蹤性能和帶寬調制跟蹤性能,為系統(tǒng)上、下變頻提供本振信號,對相位噪聲和雜散具有很好的抑制作用,通過鎖相頻率合成技術實現(xiàn)的頻率源已經在雷達、通信、電子等領域得到了廣泛應用。本文以GPS信號源設計為參考,介紹ADI公司的頻率合成器ADF4360-4在GPS信號源設計中的典型應用。
1 信號源系統(tǒng)組成
1.1 系統(tǒng)設計
根據文獻了解了GPS信號的結構特點,本文設計GPS信號源的目的是模擬衛(wèi)星發(fā)射的GPS信號,也就是對GPS信號進行基帶調制并產生頻率為1 575.42 MHz的GPS射頻信號,根據文獻,在系統(tǒng)總體設計中,采用超外差上變頻思路,根據系統(tǒng)設計特點,分數字電路和模擬電路兩部分,系統(tǒng)設計如圖1所示,數字電路部分設計采用軟件無線電的思路,利用FPGA芯片完成GPS信號的基帶調制和中頻調制,輸出8 b的GPS數字中頻信號,通過D/A器件轉換為模擬信號后送到模擬電路;模擬電路部分是整體設計的核心,主要是進行射頻電路板的設計與實現(xiàn),采用頻率合成器、混頻器等器件,對信號進行混頻,濾波,功率控制等,將GPS中頻信號混頻調制到射頻信號,利用射頻電路完成上變頻功能。
1.2 模塊設計
(1)數字電路:數字電路部分就是基帶/中頻模塊設計,采用軟件無線電思路,根據文獻,利用FPGA芯片產生GPS導航電文(D碼)、C/A碼、數字中頻載波,對它們進行基帶調制、擴頻調制輸出GPS數字中頻信號,其中GPS信號調制原理如圖2所示,主要由C/A碼模塊、D碼模塊、DDS模塊和調制模塊等組成。其中C/A碼模塊產生速率l.023MHz的第i顆衛(wèi)星的C/A碼序列,C/A碼有1 023個碼片,持續(xù)周期是1 ms;D碼模塊產生速率50 Hz的第i顆衛(wèi)星的導航電文(D碼);DDS模塊產生速率12.5 MHz的數字載波信號;調制模塊對C/A碼、D碼和載波信號進行擴頻調制和BPSK調制,輸出12.5 MHz的GPS數字中頻信號。
(2)模擬電路:根據文獻,模擬電路部分就是射頻模塊設計,利用頻率合成器、混頻器、濾波器和衰減器等器件進行射頻電路設計,基本原理如圖1所示的模擬部分,功能是將GPS信號由中頻搬移到射頻上,通過濾波器濾波,經可調衰減器調整功率后輸出GPS射頻信號,完成上變頻功能。
2 頻率合成器ADF4360-4
2.1 工作原理及其性能
頻率合成器主要功能是為系統(tǒng)上下變頻提供本振信號,多應用于發(fā)射機和接收機系統(tǒng)設計中,通常由數字鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)和可編程計數器(R計數器和N計數器)等組成,數字鑒相器(PD)對R計算器與N計數器的輸出信號進行相位比較,得到一個誤差電壓,經環(huán)路濾波器(LF)后控制壓控振蕩器(VCO)產生所需頻率。
頻率合成器ADF4360-4是ADI公司生產的高性能鎖相頻率合成芯片,是一款雙模前置分頻型單環(huán)頻率合成器,在不改變頻率分辨率時,能有效提高頻率合成器的輸出頻率;其主要性能有,輸出頻率范圍為1450~1750 MHz,可選擇二分頻,選擇二分頻時輸出信號頻率為725~875 MHz;工作電壓為3~3.6V;輸出信號的功率可控制范圍為-13~-4 dBm;可編程雙模前置分頻器的分頻比為8/9,16/17,32/33;能夠進行模擬和數字鎖定檢測;芯片內部集成了VCO等。ADF4360-4的工作原理如圖3所示,P/(P+1)為高速雙模前置分頻器,其分頻模數為P+1和P,A為5位脈沖吞咽可編程計數器,B為13位主可編程計數器,R為14位可編程參考分頻器,MC為模控制邏輯電路。該器件通過可編程5位A計數器、13位B計數器及雙模前置分頻器(P/P+1)來共同確定主分頻比N(N=BP+A),14位可編程參考R分頻器對外部晶振分頻后得到參考頻率fr=f0/R,因此,設計時只需外加環(huán)路濾波器,并選擇合適的參考值,可獲得穩(wěn)定的頻率輸出,其輸出頻率為f0=fi/R(A+BP),式中,fi為輸入頻率,由外部晶振提供。
評論