基于ADF5356的电磁屏蔽效能检测信号源设计

2018-07-23贵州航天计量测试技术研究所吴小松

电子世界 2018年13期

贵州航天计量测试技术研究所吴小松

1.引言

在日常的工作中，计算机和电子系统不可避免地产生电磁辐射，而电磁辐射中会携带着用户的各种信息，从而容易造成信息泄露[1]。因此，不少单位采用电磁屏蔽室的方式来有效地防止电磁辐射造成泄密问题。电磁屏蔽效能指标直接关系到电磁屏蔽室是否符合相关的保密要求，因此其受到各方的重视，进而对该指标所展开的检测逐渐成为各方在投入使用电磁屏蔽室前的一个重要项目。为满足对电磁屏蔽效能的检测，目前对该指标的检测主要采用信号发生器和功率放大器结合的方式。而由于需要检测的频点覆盖较宽的频率范围，往往需要多台设备完成相应的检测。当信号源不仅满足电磁屏蔽效能检测需要的频点需求，同时还能输出较大的功率时，可以只需要一台设备就能完成电磁屏蔽效能的相关检测。

频率合成主要有直接频率合成、锁相频率合成、直接数字频率合成（DDS）等技术[2]。锁相环技术具有输出频率高、杂散小以及相位噪声低等优点，广泛应用于信号源的设计中。传统的锁相环设计主要采用独立的各组成部分的器件实现，使得锁相环电路的体积加大。随着芯片技术的发展，可以将锁相环的组成部分大多集成在单一的芯片上，进而大大地简化电路结构，实现结构的小型化[3]。本文以ADF5356锁相环芯片为核心，提出了一种用于电磁屏蔽效能检测的信号源设计方案。

2.ADF5356功能简介

ADF5356是ADI公司的一款宽带低相噪锁相环芯片，结合外部参考频率和环路滤波器时，可实现小数N分频或者整数N分频锁相环（PLL）频率合成器，其功能框图如图1所示[4]。

图1 ADF5356功能框图

ADF5356具有一个低噪声的宽带集成压控振荡器（VCO），其基波输出频率范围为3.4GHz至6.8GHz。其有两个RF输出通道，在其中的一个输出通道中，VCO频率同过2倍频电路产生得到6.8GHz到13.6GHz 的RF输出频率；在另一路输出通道中， VCO频率可进行1、2、4、8、16、32或者64分频，可以产生低至53.125MHz的RF输出频率，进而实现53.125MHz至6.8GHz的输出频率范围的覆盖。对于要求隔离噪声的应用，RF输出级具有静音功能，静音功能既可以通过管脚控制，也可以利用软件控制。ADF4356具有52位模数分辨率，可以实现与参考输入频率无关的精确频率工作模式。片内的所有寄存器均通过简单的三线式接口来进行控制，也易于编程。同时可采用编程对其RF输出功率进行调节。ADF5356采用3.15V至3.45V的模拟和数字电源进行工作，并带有4.75V至5.25V的电荷泵和VCO电源。此外，其还内置有硬件和软件省电模式。

3.用于电磁屏蔽效能检测信号源的设计

3.1 总体设计方案

根据电磁屏蔽效能检测时的需要，信号源需要提供包含450MHz、950MHz、6GHz以及10GHz 的单频点信号。以锁相环芯片ADF5356为核心，设计满足需求的信号源，总体方案如图2所示。

图2 信号源总体方案框图

信号源主要由频率合成模块、功率放大模块、控制模块和显示模块等构成。参考信号进入锁相环芯片ADF5356后，利用控制电路提供频率合成器芯片工作所需的数据和控制信号等，在锁相环的输出端输出制定频率的信号。用于电磁屏蔽效能检测时需要较高的功率，而通过ADF5356输出的信号功率较低，需要对其功率进行较大幅度地增大。由于信号频率覆盖较宽的范围，需要根据频率值采用不同的功率放大器。利用微波开关的切换控制不同频率信号的放大和输出。同时，可以利用数码管显示等方法将信号源输出信号的频率和功率值显示出来。

3.2 锁相环参数设计

对于ADF53536锁相环芯片，其内部需要确定的主要有前置预分频器，R、N分频器，经过VCO后的RF输出模式。

VCO输出频率可表示为：

其中，fVCO是VCO输出频率，INT是二进制16位计数器整数分频系数（4/5预分频器为23至32767,8/9预分频器为75至65535），FRAC1是小数分频系数（0至16777215），FRAC2是辅助小数分频系数（0至268435455），MOD2是可编程辅助分数模数（2至268435455），MOD1是固定的24位模数（其值为16777216），fPFD是鉴相频率，其值可表示为：