基于ADF4350的宽带信号源设计

姜浩

【摘要】 设计基于ADF4350的信号源，系统由上位机发送串口指令至STM32单片机，单片机通过三线式串行接口（SPI）配置R0-R5寄存器，改变ADF4350输出不同频点。芯片的模拟和数字锁定引脚，可用于检测PLL的鎖定情况。

【关键字】 ADF4350 单片机 信号源 集成VCO

一、前言

实际的信号源设计中，采用直接数字频率合成器（DDFS），信号源的频点切换迅速，频率分辨率极高，但其输出频率较低，相噪及杂散较高。FPGA与高速DAC结合制作信号源，FPGA调用DDS IP核的形式，产生高速变化的数据至DAC，通过对DAC的配置，产生正弦的阶梯波，最后经低通滤器的平滑处理，得到所需频率的波形，可完成频率输出，通过这种方式，可产生较高的输出频率，但设计成本较高。因此设计基于基于ADF4350的信号源，输出信号频率范围较宽、相位噪声低、设计成本低廉。

二、系统方案描述

系统由上位机控制信号源频率输出，通过通用异步收发传输器（UART）发送ADF4350的频率配置指令，STM32将串口协议解析，以SPI的形式将配置指令发送至ADF4350，实现波形输出。系统实现了上位机对器件的直观控制，上位机串口指令的发送，简化电路结构，便于人机交互。

三、ADF4350的功能描述

外部参考时钟输出后，通过寄存器至R分频器输出，ADF4350内部鉴频鉴相器（PFD）将R分频器输入作为基准时钟，同时接受N计数器输入，产生与两者相位、频率差成比例的输出CPout，CPout与VTUNE构成环路滤波，将信息反馈至VCO CORE，作为N计数器输出参考，以此反复，直至RF差分信号稳定输出。器件LD引脚作为硬件锁定检测输出引脚，硬件上将其连接LED指示灯，便于观察器件锁定情况。MUXOUT引脚为多路复用引脚，通过编程控制，可作为外部MCU访问器件的锁定检测、经过缩放的RF或基准频率。ADF4350的功能框图如图所示3-1所示：

四、系统的程序设计

本系统的程序设计重点在于ADF4350配置部分。上位机通信由用户发送控制指令至STM32。STM32依次将控制指令，以SPI串行通信形式，发送至ADF4350后完成配置过程。控制时序图如图4-1所示：

数据在每个时钟的上升沿逐个输入至32位的移位寄存器。在LE上升沿数据从移位寄存器传至目标寄存器（R0-R5）。R0根据输出参考时钟，可配置需要的输出频率控制码。R1寄存器中预分频器用于ADF4350在3GHz以上的工作频率，设置P为8/9。R2寄存器中可设置芯片的噪声模式，为获得最佳的噪声性能，可选用最低噪声设置。R2寄存器通过[DB28：DB26]可配置MUXOUT复用器为器件锁定标志反馈至STM32，便于获取当前的锁定情况。R2寄存器完成了输入参考时钟作为内部鉴频鉴相器（PFD）基准时钟输入（R分频器输出）的配置。R3寄存器设置[DB18]，可缩短频率锁定时间，R4寄存器可选择信号有VCO直接输出或经分频器输出（137.5MHz-4.4GHz）。可对RF输出功率值进行设置。R5寄存器主要控制锁定检测引脚的工作方式。

五、总结

尽管ADF3450在锁定时间、调频时间间隔、频率步进存在不足。但其实现了较大带宽的频率输出，无需分段处理，设计成本低。通过上位机与STM32的预先配置，使得ADF4350的配置更加直观，人机互动良好。通过上位机的简单指令控制，可实现单频点的信号输出，对扫频仪的扩展应用提供良好基础。

参 考 文 献

[1] 蔡荣海， 万力劢， 刘红，等. 基于直接数字合成技术的多普勒频率模拟方法[J]. 仪器仪表学报， 2005， 26（6）：647-649.

[2] 单月忠， 刘太君， 叶焱，等. 基于ADF4351的频率源设计与实现[J]. 无线电通信技术， 2014， 40（6）：85-88.

[3] 高卫东， 尹学忠， 储飞黄. AD9850 DDS芯片信号源的研制[J]. 实验室研究与探索， 2000， 19（5）：92-95.

[4] 孙超， 林占江. 基于DDS的雷达任意波形信号源的研究[J]. 电子测量与仪器学报， 2008， 22（2）：31-36.

[5] 姜田华. 实现直接数字频率合成器的三种技术方案[J]. 电子技术应用， 2004， 30（3）：1-3.