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【摘 要】ADF4110是ADI公司生产的高集成度PLL频率合成器，该芯片具有宽频带、低噪声、低功耗及低成本等优点，具有550MHz带宽。结合其性能特点和频率合成器原理，设计基于ADF4110的频率合成器。本方案可用于工程应用中。
【关键词】频率合成 锁相环 环路滤波 ADF4110
频率合成技术是现代通信技术中的重要组成部分之一，可为通信设备提供精确且能迅速转换的载波信号和本振信号，其主要分为直接频率合成法、锁相频率合成法、以及直接数字频率合成法三种。锁相频率合成的系统结构简单，输出频谱纯度高，它是目前频率合成技术中的主要形式。
本文中的锁相频率合成器是利用整数频率合成芯片ADF4110设计构成的。
一、ADF4110特性及工作原理
一个典型的频率合成器通常由鉴相器（ PD） 、环路滤波器（LP） 、压控振荡器（VCO）和可变程序分频器组成，其原理框图如图1所示。
设晶振的输出频率为REFin， VCO 输出频率为RFOUT。REFin经R分频产生的频率与RFOUT经N分频后在鉴相器进行相位比较，产生误差控制电压，经环路滤波器滤除高频分量和噪声后，控制VCO产生所需的振荡频率。则REFin与RFOUT满足公式：
RFOUT=REFin*N/R
其中R和N分别为参考分频器和主分频器的分频比，在外部设置并行或串行数据控制分频比， 就可以产生出所需要的频率信号。用锁相环构成的频率合成器具有频率稳定度高、相位噪声小、电路简单易集成、易编程等特点。
ADF4110芯片由一个低噪声的数字鉴频鉴相器（PFD），一个精确的充电泵，一个可编程的基准分频器R，可编程的A、B计数器以及一个双模前置分频器（P/P+1）组成。A（6位）和B（13位）计数器与双模前置分频器（P/P+1）连接，能实现一个分频比为N的分频器（N=BP+A）。ADF4110频率合成器与外部环路滤波器和压控振荡器（VCO）可以实现一个完整的锁相环路。
ADF4110工作频率为550MHz，电源电压为2.7V～5.5V，独立的充电泵电源电压（VP）允许在3V的系统中使用外部的调谐电压，充电泵电流和反向脉冲宽度可编程。可编程双模式前置分频器，其分频比为8/9、16/17、32/33和64/65，并具有3线式串行接口、模拟和数字锁定检测、硬件和软件控制的低功耗模式。
二、频率合成器的实现
本频率合成器由ADF4110、环路滤波器、压控振荡器和控制单片机构成。参考时钟采用10MHz的温补晶振， 单片机选用SILABS公司的C8051F340， 负责将ADF4110所需要的参数写入到相应的寄存器，压控振荡器选用MINI公司的ROS-485-119+。
环路滤波器的形式和参数的选取是环路设计与调试的关键， 在VCO、频率合成芯片以及参考晶振确定的情况下，环路滤波器从很大程度上决定了整个环路的性能。其主要影响本振信号相位噪声和参考杂散的指标，设计过程中需合理选择环路滤波器带宽。本方案中环路滤波器采用三阶无源网络，通过ADI公司提供的ADI simPLL仿真软件进行仿真确定电阻电容的参数。
要产生频率为462.3MHz、分辨率f为50kHz的载频信号，采用的参考频率源为10MHz的温补晶体，前置分频器分频比选为8/9，计算相关参数为：
R=REFin/f=10MHz/50kHz=200
N=8B+A=RFOUT/f=462.3MHz/50kHz=9246，则B=1155，A=6
电路设计完成后，通过C8051单片机将CLK、DATA和LE的值按照规定的时序送入ADF4110各寄存器。
三、结果及分析
系统的输出信号经过安捷伦频谱分析仪测试，输出频率为462.2999MHz，输出幅度为4.359dBm，带内杂散普遍优于-60dB，通过计算其5kHz处相位噪声优于-85dBc/Hz。
四、结束语
ADF4110是一款高性能的锁相环芯片，该器件相位噪声低、功耗低、使用方便。本文介绍了基于ADF4110芯片的频率合成器，其结构简单、应用灵活，通过选取不同的压控振荡器和环路滤波器可以得到不同频段的本振信号，性能指标可满足多种通信系统的使用要求。
参考文献：
[1] 张冠百. 锁相与频率合成技术. 北京：电子工业出版社， 1995.
[2] 黄智伟. 锁相环与频率合成器电路设计. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[3] 陈邦媛. 射频通信电路. 北京：科学出版社， 2003.
【关键词】频率合成 锁相环 环路滤波 ADF4110
频率合成技术是现代通信技术中的重要组成部分之一，可为通信设备提供精确且能迅速转换的载波信号和本振信号，其主要分为直接频率合成法、锁相频率合成法、以及直接数字频率合成法三种。锁相频率合成的系统结构简单，输出频谱纯度高，它是目前频率合成技术中的主要形式。
本文中的锁相频率合成器是利用整数频率合成芯片ADF4110设计构成的。
一、ADF4110特性及工作原理
一个典型的频率合成器通常由鉴相器（ PD） 、环路滤波器（LP） 、压控振荡器（VCO）和可变程序分频器组成，其原理框图如图1所示。
设晶振的输出频率为REFin， VCO 输出频率为RFOUT。REFin经R分频产生的频率与RFOUT经N分频后在鉴相器进行相位比较，产生误差控制电压，经环路滤波器滤除高频分量和噪声后，控制VCO产生所需的振荡频率。则REFin与RFOUT满足公式：
RFOUT=REFin*N/R
其中R和N分别为参考分频器和主分频器的分频比，在外部设置并行或串行数据控制分频比， 就可以产生出所需要的频率信号。用锁相环构成的频率合成器具有频率稳定度高、相位噪声小、电路简单易集成、易编程等特点。
ADF4110芯片由一个低噪声的数字鉴频鉴相器（PFD），一个精确的充电泵，一个可编程的基准分频器R，可编程的A、B计数器以及一个双模前置分频器（P/P+1）组成。A（6位）和B（13位）计数器与双模前置分频器（P/P+1）连接，能实现一个分频比为N的分频器（N=BP+A）。ADF4110频率合成器与外部环路滤波器和压控振荡器（VCO）可以实现一个完整的锁相环路。
ADF4110工作频率为550MHz，电源电压为2.7V～5.5V，独立的充电泵电源电压（VP）允许在3V的系统中使用外部的调谐电压，充电泵电流和反向脉冲宽度可编程。可编程双模式前置分频器，其分频比为8/9、16/17、32/33和64/65，并具有3线式串行接口、模拟和数字锁定检测、硬件和软件控制的低功耗模式。
二、频率合成器的实现
本频率合成器由ADF4110、环路滤波器、压控振荡器和控制单片机构成。参考时钟采用10MHz的温补晶振， 单片机选用SILABS公司的C8051F340， 负责将ADF4110所需要的参数写入到相应的寄存器，压控振荡器选用MINI公司的ROS-485-119+。
环路滤波器的形式和参数的选取是环路设计与调试的关键， 在VCO、频率合成芯片以及参考晶振确定的情况下，环路滤波器从很大程度上决定了整个环路的性能。其主要影响本振信号相位噪声和参考杂散的指标，设计过程中需合理选择环路滤波器带宽。本方案中环路滤波器采用三阶无源网络，通过ADI公司提供的ADI simPLL仿真软件进行仿真确定电阻电容的参数。
要产生频率为462.3MHz、分辨率f为50kHz的载频信号，采用的参考频率源为10MHz的温补晶体，前置分频器分频比选为8/9，计算相关参数为：
R=REFin/f=10MHz/50kHz=200
N=8B+A=RFOUT/f=462.3MHz/50kHz=9246，则B=1155，A=6
电路设计完成后，通过C8051单片机将CLK、DATA和LE的值按照规定的时序送入ADF4110各寄存器。
三、结果及分析
系统的输出信号经过安捷伦频谱分析仪测试，输出频率为462.2999MHz，输出幅度为4.359dBm，带内杂散普遍优于-60dB，通过计算其5kHz处相位噪声优于-85dBc/Hz。
四、结束语
ADF4110是一款高性能的锁相环芯片，该器件相位噪声低、功耗低、使用方便。本文介绍了基于ADF4110芯片的频率合成器，其结构简单、应用灵活，通过选取不同的压控振荡器和环路滤波器可以得到不同频段的本振信号，性能指标可满足多种通信系统的使用要求。
参考文献：
[1] 张冠百. 锁相与频率合成技术. 北京：电子工业出版社， 1995.
[2] 黄智伟. 锁相环与频率合成器电路设计. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.
[3] 陈邦媛. 射频通信电路. 北京：科学出版社， 2003.