基于ADF4001与MAX2620的宽带锁相频率源设计

第 ４期
管
凝， 卢起 斌等 ： 于 Ａ Ｆ０ １与 ＭＡ ２２ 基 Ｄ ４０ Ｘ ６０的 宽带锁相 频 率 源设 计
４５ ２
位 比较 ， 将二者的相位误差转化为误差电压信号 ， 经 过低 通滤 波之 后 去修 正 压 控 振 荡 器 的输 出 ， 得 输 使
出信 号 的频率稳 定 在某个 频 率 附近 。
ｔ
无线通信 接收机 的主要任务 ， 是从复杂 的接 收信 号 中选 取 有 用 信号 ， 将 其 下 变频 至 中频 或基 带 频 并
率 。在相 干接收机 中， 下变频 过程 主要通 过将输 入信
１ Ｐ Ｌ原 理 与 主要 芯 片简 介 Ｌ
Ｐ Ｌ是 一种 闭环 负 反 馈 自动 控 制 系 统 ， 依 据 Ｌ 能 输 入 参考 频率 ， 自动地调 节 系统 的输 出频 率 ， 输 ｝ 使 ｝ Ｊ
（ 中国传媒大学广播 电视数字 化教育部］ 程研究 中心 ， ＿ 北京 １０ ２ ） ００ ４
摘 要 ： 提出了一种使用 Ｍ Ｘ ６０构成宽带 Ｖ Ｏ及在此基础上与 Ａ Ｆ０１ Ａ ２２ Ｃ Ｄ ４０ 一起构成宽带锁相频率源的设计方案并给… ｒ
电路 实物及测试结果 。测试表 明该频 率综合方案具有较宽 的频率范 围（ ５ＭＨ 一７ ｚ ， 频谱杂散 性能 良好 ， ４ ｚ ５ ＭＨ ） 且 功耗较低 ，
Ｇ Ａ Ｎ ｎ Ｌ ｉｉ ，Ｉ ｈｎ ｘａ ｇ Ｕ Ｎ ｉｇ， Ｕ Ｑｂｎ Ｌ ｅｇ ｉｎ Ｚ
（ ｇｔｌ ｎ ｉ ｅｉ ｅｔ ， ｏ ｕ ｉ ｔ ｎＵ ｉ ｒｔ ｏ ｈｎ Ｂ ｉｎ ０ ０４， ｈｎ ） Ｄｉｉ ｇｎ ｒ ｇ Ｃｎｅ Ｃ ｍｍ ｎｃ ｉ ｎｖ ｓｙ ｆＣ ｉａ，ｅｉ １０ ２ Ｃ ｉ ａＥ ｅ ｎ ｒ ａｏ ｅ ｉ ｊｇ ａ
口， 可以方便地使用处理器对其进行配置操作 。
谐 振 回路 电感采 用 表 贴 式 谐 振 电感 ， 电感 具 该 有辐 射 干扰 小 ， 分 布 参 数 影 响 小 、 受 调试 方 便 等 特 点 。经 过调试 ， 电感值选 定 为 １０ｎ 将 １０ｎ ３ Ｈ（ ２ Ｈ与
１ Ｈ 串联得 到 ） 其他 Ｖ Ｏ 电路 元件 参数 如下 ： ０ｎ ， Ｃ
ｔ ｅ ａ ｖ ｌ ａ ｌ ａ ｔｉ ｒｌ ｓ ｅ ｅ ｖ ｒ ． ｏ ｂ ａ ｕ ｂ ｅ ｐ ｒ ｎ ｗｉｅ ｅ ｓ ｒ ｃ ｉｅ ｓ Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ ＡＤＦ ０ Ｍ ＡＸ２ ２ ， ＬＬ， ｒ ａ ｂ ｎ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ， ｃ ｉｅ ｌ ｏ ｉｔｒ ４ ０１， ６０ Ｐ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｕ ｃ ａ ｔｖ ｏ ｐ ｆｌ ｅ
Ｔｈ ｎ ｔ ｅ ｃｒ ｕｉ ａ ｄ ｔｓ ｅ ｕ ｔａ ｅ ｇｖ ｎ． ｓｓ ｓ ｏ ｔａ ｈ ｍｐ ｅ ｎ ａｉ ｎ ｈ ｓ ａ ｗｉ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｕ ｐ ｔｆｅ ｕ ｎ ｙ ｅ ｈ ｉｃ ｔ ｎ ｅ ｔｒ ｓ ｌ ｒ ｉｅ Ｔｅ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔｏ ａ ｄ ａ ｇ ｆｏ ｔ ｕ ｒ ｑ ｅ ｃ
或直接数 字频率综 合 （ Ｄ ） 术产 生本 地振 荡信号 。 Ｄ Ｓ技
与 Ｄ Ｓ频率 源相 比 ， 相频 率源 在合 成信 号频 率 、 Ｄ 锁 频
谱纯度 、 功耗等 方 面具 有 明显 优 势 ， 别 是其 低 功耗 特
的特 点 ， 有利 于接 收机 的小 型 化 与便 携 式设 计 ， 在手
容二极管的容值也不可过大 ， 因为大容值 的变容二 极 管通 常 ０值较 低 ， 恶 化 Ｖ Ｏ 的相 位 噪 声 性能 。 会 Ｃ
基 于 以上两 方 面性 能 需 求 的 折 中考 虑 ， 设 计 选择 本 的变容 二极 管 为 Ｓ ＭＶ１０ ， 要 技术 指 标 如 表 １ ２７ 主 所
Ｐ Ｌ的 环路结 构 一 般 由五 个 模 块 组 成 ： Ｌ 分别 为
参考 分频 器 （ Ｒ）鉴 相 器 （ Ｄ）Ｎ分 频 器 （ Ｎ）低 ÷ 、 Ｐ 、 ÷ 、 通滤 波器 （ Ｐ ） Ｌ Ｆ 和压 控振荡 器 （ Ｃ 。输 入 的参 考 Ｖ Ｏ） 信 号经 过 次 分频 后得 到鉴 相参 考 信 号 ， 压控 振 荡 器 的输 出信 号经 过 Ⅳ次 分频 后 得 到输 出分 频 信 号 ， 鉴频 鉴相 器将 输 出分频 信 号与鉴 相 参考信 号 进行 相
示 （ ５℃ 时 ） ２ 。
表 １ Ｓ １３ ＭＶ ２７主 要 技 术 指标
５２ 输 出频率范 围 １ ｚ ００Ｍ ｚ 内建 缓 冲 ．５Ｖ， ０ＭＨ ～１５ Ｈ ，
放 大器 ， 提供 负载 隔离 与差 分 输 出功 能 ， 具 备关 断 还 能力 ， 满足低 功耗运行需要 。 鉴 相器 采用 Ａ Ｄ公 司 的 Ａ Ｆ ０ １锁 相 环 芯 片 ， Ｄ ４０
（ ５ＭＨ ～ ５ Ｍ ） Ａｓ ｅｓｓ ｍ ｈ ｓ ｘｅ ｅ ｔ ｅｆｒ ｎ ｅｏ ｕｓ ｎ ｗ ｐ ｗ ｒｗ ｉ ｋ ｓ ｈ ｙｔ ４ ｚ ７ Ｈｚ ． ｌ ｔ ｙｔ ａ ｅｃ ｌ ｎ ｐ ｒ ｍａｃ ｆ ｐ ｒ ａ ｄｌ —ｏ ｅ ， ｈｃ ｍａｅ ｅｓｓ ｍ ｏｈ ｅ ａ ｌ ｏ ｓ ｏ ｈ ｔ ｅ
Ｅ ＡＣ １５ Ｅ Ｃ：２ ０
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ — ４ ０ ２ １ ． ４ ０ ７ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ５ ９ ９ ． ０ １ ０ ． １ ｓ
基 于 Ａ Ｆ ０ １与 ＭＡ ２ ２ Ｄ ４０ Ｘ ６ ０的 宽 带 锁 相 频 率 源 设 计 木
管 凝 ， 起 斌 ， 正 祥 卢 李
图 ２ ＭＡ ２ ２ Ｘ ６ ０外 接 Ｌ Ｃ谐 振 回 路
的结 构 简 图如 图 ３所示 。
晶振参考 信号输入
此 电路形 式 是 典 型 的 Ｃ ｌｉｓ共集 电 极 拓 扑 结 ｏｐｔ ｔ
构， 此种 拓 扑结 构可工 作 在很宽 的频 率 范围 内 ， 中 从 频 直到 射频 。谐 振 回路经 由 ｐ ２和 ｐｎ 入 ， ｉ ｎ ｉ３接 主要
第３ ４卷 第 ４期
２ １ 年 ８月 ０１
电 子 器 件
Ｃ ｉｅ ｅＪ ｕ ｎ ｌｏ ｌｃｒｎ Ｄ ｖｃ ｓ ｈｎ ｓ ｏ ｒａ ｆ ｅ ｔ ｅ ｉｅ Ｅ ｏ
Ｖｏ ． ４ ＮＯ ４ １３ ． Ａｕ ． ２ １ ｇ ０１
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｏ ｄ ａ ｄ Ｐ ｓｇ ｆＢｒ ａ ｂ ｎ ＬＬ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｓ ｕ ｃ ｓ ｄ ｏ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｒ ｅ Ｂａ ｅ ｎ ＡＤＦ ０ １ ａ ｄ Ｍ ＡＸ２ ２ ４０ ｎ ６０
ｃ ｎｔ ｃｉｇａｂｏｄ ａ ｄｖｌ ｇ—ｏ ｔ ｌ ｄｏｃ ｌ ｏ （ Ｃ ａｄ ｉｆｒ Ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｏ ｒｅｗｔ Ａ Ｆ ０ ｏ ｓ ｕ ｔ ｒａｂ ｎ ｏ ａｅｃｎｒ ｌ ｓｉａ ｒ Ｖ Ｏ） ｎ ｍｓａＰ Ｌ ｆ ｕ ｎｙｓｕｃ ｉ Ｄ ４ ０ ． ｒ ｎ ｔ ｏｅ ｌｔ ｔｏ ｅ ｈ １
其工作 电压范围为 ２ ７Ｖ～ ． 并具有独立 的电 ． ５ ５Ｖ，
荷 泵 电源 ， 常工 作 情 况下 功 耗小 于 ２ 正 ５ｍｗ。最 高 工 作频 率为 ２０ＭＨ ， 有 可 编 程 的 １ ｉ参 考 分 ０ ｚ具 ４ｂｔ 频 器和 １ ｉ前 置 分频 器 ， 以满 足 大 范 围 频 率 ３ｂｔ 可 综合 需 要 。数 字 电 路 接 口采 用 简 单 的 Ｓ Ｉ 线 接 Ｐ三
持设 备等功耗受 限 的场合 得到 了广 泛 的应用 。
图 １ 锁 相 环 的 结 构
目前常用 的锁相频率 源 ， 出频率范 围大多是 输 单点或者窄带 ， 设计 宽带 的锁相频率源仍然具有较
强 的 挑 战 性 。 本 文 给 出 了 一 种 利 用 ＭＡ ２ ２ 与 Ｘ ６０ Ａ Ｆ ０ １ 成宽 带锁 相 频 率 源 系 统 的设 计 方 案 ， Ｄ ４０ 构 输
出频 率范 围为 ４ ｚ ７ ｚ并且 在此 范 围 内频 ５ＭＨ 一 ５ＭＨ ， 率 源具 有较 好 的相位 噪 声特性 。
项 目来源 ： 国家科技重 大专 项课 题（ ０ ０ ｘ ３０ — 叭 ） ２１ｚ ００５ ０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
收 稿 日期 ：０ １ ０ — ８ ２ １ — ３ ２ 修 改 日期 ：０ １ ０ — １ ２ １ － ４ ２
包 括 电容 Ｃ 。～Ｃ ， 振 电 感 以及 变 容 二 极 管 谐 Ｃ ａ， ｖｒ 调谐 控制 电压 。 经过 电感 工 加 人 。
信输 Ｖ 反 Ｃ 馈 号人 Ｏ
一
ｌ
望ｌ — Ｌ堡
对 于 ４ ｚ ７ ５ＭＨ ～ ５ＭＨｚ的宽 带 ＶＣ 调 谐 范 围 Ｏ， 很宽 ， 高低端 的频率 比为
具 有较好的应用价值 。
关键 词 ：Ｄ ４０ ； Ａ ２２ ； Ａ Ｆ０ １Ｍ Ｘ ６０锁相环； 宽带频率源； 有源环路滤波器
中 图分 类号 ： Ｎ ５ ． Ｔ ８ １４
文献标 识码 ： Ａ
文章 编 号 ：０ ５ ９ ９ （ ０ １ ０ － ４ ４ ０ １０ － ４０ ２ １ ）４ ０２ － ４
Ａｂ ｔａｃ Ａ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｓ ｒ ｔ： ｒ ａ ｂ ｎ ＰＬＬ ｒ ｑ ｅ ｙ ｏ ｒ ｅ ｍｐ ｅ ｎ ａｉ ｎ Ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ｆｅ ｕ ｎｃ ｓ ｕ ｃ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔｏ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ．ｉ ｗｈ ｃ ＭＡＸ２ ２ ｉ ｕ ｅ ｆｒ ｎ ｉｈ ６ ０ ｓ ｓ ｄ ｏ
出端 Ｏ Ｔ ｐｎ ） 用 电 阻 上拉 形 式 ， Ｕ （ ｉ５ 采 上拉 电 阻 Ｒ ＝
５ 。 ０ｎ
２ ２ 锁 相环 电路 及有 源环 路滤 波器设 计 ．
Ａ Ｄ公 司 的 Ａ Ｆ ０ １是 一 种 最 高 工 作 频 率 为 Ｄ ４０
２ ０ＭＨ ０ ｚ的分频 次数 可 编 程锁 相 环 芯 片。Ａ Ｆ ０ １ Ｄ ４ ０
Ｌ ２＝４． Ｈ ， ＝ １ Ｆ， ７ Ｃ１ ０ ｎ Ｃ２＝３３ ｐ Ｃ３＝２ Ｆ， Ｆ， ７ｐ
２ 锁 相 频 率 源 的设 计 思 路 和 实现 方 案
２ １ 宽带 Ｖ ． ＣＯ（５ ＭＨｚ ７ ４ 一 ５ＭＨｚ 设计 ）
ＭＡ ２ ２ Ｘ ６０是 ＭＡ Ｉ Ｘ Ｍ公 司生 产 的射频 集成 振 荡 器， 需要 外 接 Ｒ Ｆ谐 振 回路 构 成 Ｖ Ｏ 电 路 ， 图 ２ Ｃ 如
本文 的 Ｖ Ｏ设计 采用 Ｍ Ｘ Ｍ 公 司的 ＭＡ ２ ２ Ｃ ＡＩ Ｘ ６０ 集成振荡 器芯片 ， 电源供 电， 单 工作 电压范 围 ２ ７Ｖ～ ．
注 意到 ， 变容 二极 管 的容 值越 大 ， 占总 电容 的 比重 就 越大 ， 电容 的可 变 比也 就越 大 ， 总 因此选 择大 容值 的 变容 二极 管 ， 助 于展宽 Ｖ Ｏ的调谐 范 围。但 是 变 有 Ｃ
号与接 收机本 地振 荡 信 号相 乘来 实 现¨ 。接 收 机本 Ｊ
地频率源 的性 能和 可调 频 率范 围直接 决定 了接 收机 的技术 指标 。现 代 接 收机 广 泛采 用 锁 相环 路 （ Ｌ ） Ｐ Ｌ
频 率 与参 考频 率保 持稳 定 的关系 。 传统 的 Ｐ Ｌ环路 结构 如 图 １ 示 。２ Ｌ 所 ＿
所示。 ，
Ｃ ＝ ７ｐ 。输 出端 Ｏ Ｔ ｐｎ ） 用 电感 上拉 形 式 ， ２ Ｆ Ｕ （ ｉ８ 采 上拉 电感 Ｌ ： ： ４ ７ Ｈ， 获得 较 大 的输 出功 率 ， Ｌ ＝ ． 以 作 为整 个 Ｐ Ｌ频 率 源 的输 出 ； 出端 Ｏ Ｔ 出 的信 Ｌ 输 Ｕ输 号则 送 给鉴频 鉴相 器使 用 ， 了电路稳 定性 考虑 ， 为 输