ADF4157在數(shù)字預(yù)失真時鐘方案中的應(yīng)用
本方案中的PLL 頻率合成器ADF4157 需要以AD9516送過來的fREF = 181. 44MH z作為參考頻率,合成發(fā)射端二級本振上變頻頻率和接收端一級本振下變頻頻率2 482. 44MH z, 由于它要產(chǎn)生上下變頻的本振信號, 要求輸出功率比較大, 故在它所構(gòu)成的PLL環(huán)路中加了一個集成運(yùn)放, 以提高外部VCO 的輸出功率, 以致于滿足預(yù)失真板上混頻器的本振功率要求, 且要增加一個功分網(wǎng)絡(luò)將一路輸出分成兩路。
ADF4157內(nèi)部小數(shù)N 分頻, 通過∑ - △ 調(diào)制方式再結(jié)合頻率合成器的環(huán)路低通濾波器輸出低的相位噪聲和更高的頻率精度, 本文ADF4157模塊的鑒相頻率為2. 835 MH z, 輸入?yún)⒖碱l率是181. 44MH z, 則步進(jìn)頻率為fPHD /225 = 0. 084 489 6 Hz, 輸出頻率分辨率(頻率精度)為fREF /225 = 5. 0473H z。用在DPD系統(tǒng)的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的上變頻和下變頻部分中, 用來實現(xiàn)本振。
2. 2 ADF4157內(nèi)部主要寄存器配置
ADF4157所有寄存器的控制是通過簡單的三線接口進(jìn)行的, 如圖3。
圖3 ADF4157 PLL頻率合成器的串行控制接口
控制接口由時鐘CLOCK, 數(shù)據(jù)DATA, 加載使能LE 構(gòu)成。加載使能LE 的下降沿提供起始串行數(shù)據(jù)的同步。串行數(shù)據(jù)先移位到PLL 頻率合成器的移位寄存器中, 然后在LE的上升沿更新內(nèi)部相應(yīng)寄存器,注意到時序圖中有兩種LE 的控制方法。另外, 需要注意的是對PLL芯片的寄存器進(jìn)行寫操作時, 需要按照一定的次序來寫, 具體請參照芯片資料中的描述。
ADF4157通過INT 與FRAC 寄存器配置N 分頻器, N = INT + ( FRAC /225 ), 圖2中的環(huán)路濾波器( LPF)的作用是濾除鑒相器輸出信號的高頻成分和噪聲, 并將鑒相器的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓送到VCO的輸入端, 以控制VCO 的輸出頻率。同時將VCO輸出頻率經(jīng)過N 分頻后反饋給鑒相器。鑒相器的作用是對反饋頻率和參考鑒相頻率進(jìn)行比較, 當(dāng)鑒相器兩個輸入信號的相位同步時, VCO 的輸出頻率就是要鎖定的頻率。PLL 的R, INT, FRAC 寄存器通過合理配置使外部VCO 工作在2 482. 44MHz輸出, 將其快速鎖定鎖相模塊。其關(guān)系式為:
由于N 分頻的 ∑ - △調(diào)制器速度的限制f PHD最大為32MH z。FRAC取0到225 - 1, D、T 取0或1,R取1到32, INT可取23到4095, 通過ADI公司設(shè)計的ADF4157 Evaluation Softw are ADF _ FRAC _REC3[軟件進(jìn)行R, INT 和各個分頻器合理的設(shè)置。由于fREF為181. 44MH z由AD9516時鐘分配器輸出, R選32, fPHD = 2. 835MH z, D 取0, T取1。
將上述數(shù)據(jù)都轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)可得到其配置數(shù)據(jù)。最終將外部VCO 輸出的時鐘信號, 通過環(huán)路濾波器輸入到數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)的上下變頻模塊作為本振時鐘。
2. 3 測試結(jié)果
2. 3. 1 ADF4157相位噪聲仿真
相位噪聲是影響頻率合成器性能的重要指標(biāo), 主要來自鎖相環(huán)各組成部分的相位噪聲, 分別為VCO相位噪聲, 參考輸入頻率相位噪聲, PLL芯片相位噪聲, 環(huán)路濾波器相位噪聲。根據(jù)數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)上下變頻本振頻率要求, VCO 輸出頻率2 482. 44MH z, 參考輸入頻率為181. 44MHZ, 鑒相頻率2. 835MHz, 由于VCO控制電壓( 14 V)超出了Vp電壓( 5 V) , 所以鎖相環(huán)環(huán)路濾波器采用有源濾波器, 放大器為OP184, 環(huán)路帶寬選擇為84 kH z,VCO 選擇SCD160 ( UMX??160??D16 ) 通過AD IsimPLL軟件仿真如圖4。
圖4 相位噪聲。
可以看出, 在低的偏離頻率處, 參考源的噪聲是頻率合成器輸出噪聲的主要來源, 在高的偏離頻率處, VCO相位噪聲成為影響頻率合成器總的相位噪聲主要因素, 在10 kH z時總的相位噪聲為- 89. 256 0dBc /H z, 性能較好。
2. 3. 2 ADF4157鎖定時間仿真
影響鎖相環(huán)頻率合成器鎖定時間最主要的因素是環(huán)路帶寬和相位裕量。環(huán)路帶寬越寬鎖定時間越快, 但其濾波效果差。ADF4157在參考輸入頻率為181. 44MH z, 鎖相環(huán)VCO 輸出2 482. 44MHz, 鑒相頻率為2. 835MH z, 環(huán)路帶寬選擇為84 kHz, 相位裕量47!,在45. 54 s的時候, 鎖相環(huán)基本上達(dá)到鎖定, 通過AD IsimPLL軟件仿真如圖5。
圖5 84 kH z時鎖定時間。
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