基于A(yíng)DF4113的可控頻率源設計

發(fā)布時(shí)間:2010-6-11 16:34    發(fā)布者:techieboy
關(guān)鍵詞: ADF4113 , 頻率源
頻率合成技術(shù)

數字鎖相式頻率合成器的基本原理是:應用數字邏輯電路把VCO頻率一次或多次分頻至鑒相器頻率上,再與參考頻率在鑒相電路中比較,所產(chǎn)生的誤差信號用來(lái)控制VCO頻率,使之鎖定在參考頻率的穩定度上。上述原理如圖1所示。

圖1 數字鎖相式頻率合成器工作原理圖

其中N分頻器是由單片機編程控制的,因此這種合成器又體現了程序設計和鎖相技術(shù)的結合。從總體結構看,它由單片機、鎖相環(huán)和可編程分頻器三部分組成。

ADF4113簡(jiǎn)介

ADF4113是一種直接數字式頻率合成器,它的最高工作頻率為3.0GHz,工作電壓為2.7~5.5V,可用于無(wú)線(xiàn)電基站設備、無(wú)線(xiàn)手提終端和信號檢測設備等,它的外部引腳如圖2所示。

圖2 ADF4113的外部引腳

1 工作原理

ADF4113從外部輸入的信號只有標準頻率源信號和控制信號。標準頻率源信號經(jīng)過(guò)耦合電路輸入到ADF4113后,經(jīng)14位的R分頻器得到鑒相基準頻率送鑒相器。單控制信號由時(shí)鐘信號CLK、數據信號DATA和使能信號LE組成。在時(shí)鐘信號的控制下,由串行口輸入24位數據信號,暫時(shí)存放在24位輸入寄存器中。在接收到使能信號后,先前輸入的24位數據根據地址位到達對應的鎖存器。

當ADF4113接收到反饋回來(lái)的輸出頻率后,首先通過(guò)預引比例因子P,經(jīng)A、B分頻器,得到分頻以后的反饋信號,輸入到鎖相器。與分頻以后的標準頻率源信號在鑒相器中比較,輸出低頻控制信號以控制外部VCO的頻率,使其鎖定在參考頻率的穩定度上。

2 控制字

ADF4113的分頻比N通過(guò)設置預引比例因子P和A、B分頻器實(shí)現,算法為N=B×P+A。參考頻率通過(guò)R分頻器分頻得到適合鑒相器的輸入,因此有fVCO=[P×B+A]×fREFIN/R。A分頻器、B分頻器和R分頻器分別為6位、13位和14位,其數值通過(guò)寫(xiě)相應的控制寄存器實(shí)現。

ADF4113內部有四個(gè)24位控制字寄存器, 分別為R分頻器控制字、N分頻器、初始化寄存器和功能寄存器。R控制字包括地址控制位、14位R分頻器的數值設置位、脈沖寬度控制位、模式測試位、鎖定精度選擇位、方式選擇位和保留位。N分頻器控制字包括地址控制位、6位A分頻器的數值設置位、13位B分頻器的數值設置位、輸出位增益控制位和保留位。初始化寄存器控制字包括地址控制位、分頻器設置位、電源設置位、MUXOUT輸出端控制位、PD極性設置位、輸出端是否為三態(tài)輸出設置位、快速鎖定設置位、定時(shí)器設置位、當前狀態(tài)選定設置位,以及預引比例因子設置位。功能寄存器與初始化寄存器控制字基本相同,只是低兩位地址控制位不同。

硬件設計

1 總體結構設計

控制部分需要的外圍電路包括時(shí)鐘復位電路、鍵盤(pán)顯示電路和與ADF4113的接口電路,控制電路結構如圖3所示。

圖3 控制電路結構

2 鍵盤(pán)顯示電路設計

由于采用獨立式鍵盤(pán)I/O口資源不夠,需要用一片8255擴展并口?蓪⑵銩、B口作鍵盤(pán)輸入,C口作LED顯示輸出。為簡(jiǎn)化設計,鍵盤(pán)采用查詢(xún)方式,電路如圖4所示。

圖4 鍵盤(pán)顯示電路

3 ADF4113接口電路設計

單片機是通過(guò)串口向ADF4113中寫(xiě)數據的,包括時(shí)鐘線(xiàn)(DATA)、數據線(xiàn)(CLK)和控制信號LE、CE。LE、CE控制信號可由兩個(gè)I/O口提供,另外還需單片機提供一I/O口以檢測鎖定信號。接口電路如圖5所示。

圖5 ADF4113接口電路

初始化時(shí),將LE設為低電平。當24位數據由單片機經(jīng)串口送入ADF4113后,給LE一高電平時(shí),這樣輸入鎖存器中的24位數據在CLK的上升沿鎖進(jìn)相應的寄存器, 三個(gè)字節數據送完后,LE應恢復到低電平。其中,CE是片選信號,低電平選通;MUXOUT可通過(guò)軟件設置為ADF4113鎖定信號輸出端,高電平表示鎖定。

軟件設計

1 鍵盤(pán)輸入

本課題使用的是16位獨立式鍵盤(pán),鍵盤(pán)經(jīng)8255的A、B口輸入,故8255的工作方式設置為A、B口入,C口出,且A、B口都工作于方式0,得出控制字為92H。

鍵盤(pán)采用查詢(xún)方式,當檢測到有鍵輸入時(shí),查詢(xún)并保存鍵號。檢測鍵輸入程序用F0作標志位,有鍵輸入時(shí)F0置“1”,以此標志跳出檢測子程序,進(jìn)入查詢(xún)子程序。ResetFlag作為復位標志,主要用在有循環(huán)的子程序(如掃頻和點(diǎn)頻)動(dòng)態(tài)顯示中,以其值為“1”作為跳出循環(huán)結束子程序的標志。

2 LED顯示

顯示電路采用共陰極LED,其片選信號由P1口低四位提供,段碼數據由8255的C口輸出,采用動(dòng)態(tài)掃描方式,顯示數據存于顯示緩沖區內。

3 控制字

根據ADF4113功能控制字結構,功能控制字可設為8D9112h。單片機向ADF4113送控制字是通過(guò)SPI串行接口實(shí)現的。首先將24位控制字每個(gè)字節按從高位到低位的順序,移入ADF4113的輸入寄存器,24位移完后,給使能信號LE一個(gè)高電平,這樣先前輸入的24位數據,根據地址位,到達相應的寄存器。

4 點(diǎn)頻子程序

點(diǎn)頻子程序要完成的功能是由輸入頻率f計算出分頻比N,并將控制字送到ADF4113中,檢測鎖定信號,鎖定時(shí)顯示輸入頻率。

5 掃頻子程序

首先給定時(shí)器裝入初值(掃頻時(shí)間間隔);再設置起始頻率fb、掃頻頻率間隔f0和最高頻率fe;然后啟動(dòng)定時(shí)器TR0=0,定時(shí)到,頻率加f0,TF0清零重新計時(shí),直到設置的最大頻率后再回到初始頻率,如此循環(huán)至復位鍵按下時(shí)停止。

6 主程序

程序執行以功能鍵(點(diǎn)頻或掃頻)按下開(kāi)始,當有點(diǎn)頻或掃頻鍵按下時(shí),在最高位的LED顯示“-”以提示輸入數字,按下數字鍵“-”消失,開(kāi)始顯示輸入的數字。刪除鍵可以刪除已輸入的數字,回到“-”提示狀態(tài)。按下確認鍵進(jìn)入相應子程序;按復位鍵可跳出各子程序,恢復到初始狀態(tài)。主程序流程如圖6所示。

圖6 主程序流程圖
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