基于数字锁相环的宽带频率源的设计

马俊合 张艳妮 雷磊

摘要：随着雷达技术快速发展，对频率合成器的稳定性、频率的范围、频谱的纯度以及捷变频速度的要求更高。本文主要介绍数字锁相环路的原理，对集成锁相环芯片ADF4107的相关性能进行分析和研究，利用其设计的具有多个频道的宽带频率合成器，结构比较简单、稳定性能较好、具有较高的精度，容易实现等特点。

关键词：数字锁相环 宽带频率源 设计

中图分类号：TN74 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

目前，频率合成的方式有很多种，对频率合成器进行直接模拟能够获得很大的频率切换速度，但是由于受到滤波器、体积等影响的限制，也存在着一定的难度。锁相频率合成器是利用锁相环，在高精度参考晶振的信号上锁上振荡器的输出频率，工作频率比较高，频带宽，频谱的质量也比较好。但是对于分辨率、频率建立时间等问题上，数字频率合成器的效果要更好。现今社会中，大规模化的集成电路实现了良好的发展与进步，对传统模拟电路设计产生了一定的冲击，在实际应用中，数字锁相频率合成技术有着很好的发展前景，工作频率更加简单、精细，集成化逐渐提升，体积减小，更能够满足雷达系统的实际需要，可以被应用在一些比较特殊的场合中。

1 锁相环频率合成器的基本原理

锁相环其实是一种相位负反馈控制系统，将参考信号和压控振荡器输出信号进行对比，获得一定的误差，以此控制电压，使压控振荡器的频率得到科学的调整，能够实现输入信号与输出信号相同的相位以及相同的频率。如果在环路工作中，输入信号与压控振荡器之间的频率是不一致的，二者之间会有比较固定的频率差，相位差也会在不停变化，对比鉴相器输入信号与压控振荡器输出信号的相位，误差电压会在合理范围内出现变动，压控振荡器在误差电压的影响下，其频率也会发生变化。[1]如果输入信号与压控振荡器二者在频率上是一致的，二者间的频率差就为零，即使时间不短变化，相差也不会发生变化，误差电压就会是一个固定的值，环路也就进入到了一种“锁定”的状态中。

在目前的雷达工作中，雷达工作都有着比较宽的频带。要想在更大空间内实现更多的频率数，得到比较小的不仅频率，一般情况下使用的是吞脉冲式锁相环频率合成器。这种吞脉冲技术利用模式对电平大小进行调控，调控工作是借助于双模前置分频器开展的，进而对吞脉冲技术的分频比进行控制。作为负反馈相位控制系统，锁相环路以鉴相器、压控振荡器、以及环路滤波器和可以编程的分频器等部分为主要构成部件。[2]

使用稳定性比较高的晶体振荡器进行信号输入，以此作为参考，在合理的范围内，就能够收获与这种晶振频率稳定差不多的大量的离散频率信号。利用逻辑电路的方式，保证可变分频器的分频的设计更加科学合理，不影响硬件设计的前提下，对设计方法进行重新的修改，频率间隔较小的离散频率信号就可以通过重新编程而顺利实现，能够使系统得到更大范围的使用。

2 ADF4107的数字锁相环频率合成器的设计

集成锁相环芯片ADF4107分析：

ADF4107是一种新型的锁相环芯片，是由美国AD公司生产的，这种芯片有着比较高的频率上限，性能方面也比较强。这种芯片将锁相环频率合成器中的很多部件集中起来，只是通过比较简单的外围电路设计，就可以建造出一个功率能耗比较小，噪声低，并且稳定性高，并且很可靠的完整的频率合成器。这种合成器比较简单灵活，能够使系统的体积得以缩小。

ADF4107宽带为7GHz，宽带超宽，要在电源为2.7-3.2V下进行工作。在收发系统中应用比较普遍，主要将本振信号提供给上下变频。[3]。参考分频器其实就是一个14bit的R计数器，主要是分频外部恒温的晶振，分频比可以设置为1-16382，进而获得可以参考的频率值。利用数字鉴相器使参考分频器与射频前置分频器的输出相位得到科学的对比，输出的误差电压是与二者相位误差成比例的。通过鉴相器内部的可以编程的延迟单元，保证对翻转脉冲的宽度能够得到有效地调控，翻转脉冲能够保证鉴相器的传递函数是灵活地，能够减少相位的噪音，避免出现杂乱零散的参考。压控振荡器反馈的信号通过分频被送到鉴相器，对比参考信号相位，出现与二者相位存在一定误差比例的误差电压。以电荷泵作为输入装置，最后进入到低通滤波器中，低通滤波器可以将鉴相器输出的高频分量滤除，利用输出的直流电压对压控振荡器的输出频率进行控制，压控振荡器将与控制电压相对应的频率进行输出。

3 结语

现阶段，雷达、航天、通讯等技术实现了良好的发展，频率合成技术的要求也逐渐提高，这种集成锁相环频率合成器虽然体积很小，但是消耗的成本不多，功能也比较齐全，且能耗少，可以被应用到大规模的生产中，因而得到更多重视。

参考文献

[1]徐飞，刘永智，兰伟良.基于数字鉴频器的新型微波锁相环捕获方法[J].空军雷达学院学报，2011，03：199-201.

[2]孙珏.基于数字锁相环的宽带频率源设计[J].舰船电子对抗，2011，03：110-113.

[3]管凝，卢起斌，李正祥.基于ADF4001与MAX2620的宽带锁相频率源设计[J].电子器件，2011，04：424-427.