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基于ADF4360-0的2.4GHz射频信号源设计

2020-02-04 21:16rf射频/无线 人已围观

简介在电子通信系统中,如果想实现更大的带宽,我们只能通过使用更高的载波频率来满足要求。在无线通信中,需要使用天线来发送和接收信号,工作频率越高,天线的尺寸就越小,满足了小型...

  在电子通信系统中,如果想实现更大的带宽,我们只能通过使用更高的载波频率来满足要求。在无线通信中,需要使用天线来发送和接收信号,工作频率越高,天线的尺寸就越小,满足了小型化的通信要求。由于整体趋势是朝着宽频率覆盖、高精度、多功能以及自动化和智能化的方向发展,当今电子领域更多的电子通信系统使用更高频率的射频,这促进了丰富的射频应用,并带动了射频技术的进--步发展。
  
  1相关原理概述
  
  压控振荡器(VCO)的定义为输出频率对应于输入控制电压的振荡电路,其在无线测量仪器和通信系统电路中使用广泛。VCO作为锁相环电路和时钟恢复电路的主要组成部分,其性能可以直接影响到频率源的性能,这又决定了整个系统输出信号的稳定性、噪声特性和谐波抑制特性。正是由于这些.因素, VCO在电子通信技术领域发挥着重要作用。因其具有电子调谐、紧凑、低功耗和高可靠性等优点,关于VCO的研究很多。近年来,随着集成电路的快速发展,VCO的设计和实现逐渐融入其中,集成式VCO使用方便、性能稳定叫。
  
  2关于ADF4360-0的介绍
  
  在ADF4360系列锁相环中,我们需要在芯片ADF4360-7和ADF4360-8的外部去设置两个电感,作用是方便确定VCO所处频段,这个操作步骤就相当于从芯片中将VCO的电感移除。两个0603电感不占用太多的体积,但有两点需要注意:一是电感和ADF4360芯片之间以及接地层之间的连接必须尽可能短,并且电感必须使用线绕测试(例如使用Coilcraft 0603CS系列的射频电感,如果使用普通的堆叠电感,则VCO不会振动);那么,ADF4360的每个电源引脚必须分别用102和104的陶瓷电容去耦,这就成为了另一个问题。在硬件电路设计之前,需要仔细确定原理图参数和各个元件,原理图可以直接复制ADF4360应用笔记,当然在引脚附近还应该加上相应的去耦电容,为保证电源的稳定性,MIC5527和MIC5565LDO低噪声控制可用于提供电源。需要注意的是,电源纹波过大且功率集中在特定频率点上会使AM寄生分量达到ADF4360的输出,对于这样的情况,我们必须采.取方法做到完全消除。此外,需要根据元件参数确定ADF4360的参数,包括VCO电感(仅限ADF4360-7. ADF4360-8)和环路滤波器,这两个参数可以使用AppliedRadioLabs提供的ADISimPLL仿真软件来确定。相位噪声是我们在使用仿真软件的时候,需要关注的一点。
  
  3电路设计
  
  3.1设计要求
  
  本文中,我们所要设计的信号发生器,其频率的工作范围需要控制在2.3~2.6GHz范围内3]。因为只有将工作范围控制在此频率范围内,我们最终得到的电路,其输出才会是中心频率为2.4 GHz的等幅信号。因此,我们可以得到以下参数:电路的总输出相位噪声应当小于-100dBc/Hz,并且电路相位输出误差应当小于150。
  
  3.2 电路的PCB设计
  
  首先,为了便于焊接,在控制芯片封装时,芯片引脚的焊盘应比实际尺寸长0.5 mm和宽0.05 mm;其次,应尽可能在RF信号线、焊盘和芯片周围增加接地铜皮,并连接到主接地端。此外,为了减少时钟信号的干扰,可以对时钟线进行封装和处理;最后,在设计的过程中,为了减少信号反射,可以将ADF4360-0RF的输出线阻抗设置为50Ω。
  
  3.3仿真结果
  
  使用ADISimPLL对该电路进行仿真。
  
  在计算环路滤波器的电阻和电容参数时,系统自动生成环路滤波器参数仿真原理图。通过对图中设备参数的分析可知,仿真结果满足我们设计的频率要求。通过时域环路滤波器的输出相位误差图可知,大约在1.75 ms后,可以满足设计要求,环路滤波器的输出相位误差为0。
  图1 相位噪声频域仿真图
  图1中包括环路滤波器、芯片本身、内部VCO以及2.37 GHz处的总相位噪声与频率之间的关系。我们可以从图中清楚地看到,当频率大于1 MHz时,所有的相位噪声都处于-160dBc/Hz附近,这就表明该设计符合我们之前的设计要求。
  
  如图2所示,从图中我们可以明显看出,当频率超过10kHz的时候,扫描信号发生器的输出保持恒幅信号不变,此时相位也保持不变,因为工作频率要求为2.4GHz,这就表明该设计可以满足我们的设计要求。
图2 环路滤波器频域响应

  4结语
  
  在此设计中, ADF4360-0输出扫描信号的中心频率设置为2.4 GHz,由于通过常规方法生成RF信号源非常困难,因此设计扫频发生器与频率合成器ADF4360-0。通过仿真分析,我们可以得出结论:该设计可以满足我们的设计要求。

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