頻率合成技術(shù)是產(chǎn)生頻率源的一種現(xiàn)代化手段，他已廣泛應(yīng)用于通信、導(dǎo)航、電子偵察、干擾與反干擾、遙控遙測及現(xiàn)代化儀器儀表中。無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得頻率合成技術(shù)在通信中的作用日益顯著。
以往的頻率合成器都是用分立元件和小規(guī)模集成電路組裝起來的，技術(shù)復(fù)雜，可靠性低、功耗大、體積大、成本高。隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了許多用于頻率合成的大規(guī)模集成電路。在這些大規(guī)模集成電路中，把頻率合成器的主要部件如參考分頻器、程序分頻器、鑒相器、鎖定指示器、甚至微處理器等集成在同一芯片上。再配上參考振蕩器、壓控振蕩器、環(huán)路濾波器及高速前置分頻器，即可構(gòu)成完整的頻率合成器。這使得頻率合成器的成本、體積和功耗都大大下降，簡化了設(shè)計和生產(chǎn)調(diào)試的復(fù)雜程度，而可靠性則明顯提高。大規(guī)模集成鎖相環(huán)頻率合成器電路的出現(xiàn)，為頻率合成器的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。
1 頻率合成器設(shè)計
所設(shè)計的頻率合成器，要求相位噪聲低，輸出頻率800～1 000 MHz，共88個波道，通過單片機發(fā)送的頻率控制字進(jìn)行波道選擇。在對比各種大規(guī)模集成頻率合成芯
片性能的基礎(chǔ)上，選用了單片大規(guī)模集成鎖相環(huán)頻率合成芯片PE3236作為核心電路，構(gòu)成鎖相式頻率合成器。
1．1 集成鎖相環(huán)頻率合成芯片PE3236
集成鎖相環(huán)頻率合成芯片PE3236是Peregrine公司生產(chǎn)的一種高性能整數(shù)分頻PLL芯片，最高分頻頻率可達(dá)2．2 GHz。PE3236采用了UTSiCMOS技術(shù)，具有超低相位噪聲的優(yōu)良性能，成為了蜂窩網(wǎng)／PCS基站、無線本地環(huán)路基站的理想選擇。
PE3236由高速前置分頻器、計數(shù)器、鑒相器和控制邏輯組成。高速前置分頻器采用吞脈沖分頻技術(shù)，通過模式選擇確定對VCO輸出頻率÷10還是÷11；主計數(shù)器M和參考計數(shù)器R分別對雙模前置分頻器輸出頻率和參考頻率進(jìn)行分頻；輔助計數(shù)器A用于模式選擇控制邏輯；鑒相器產(chǎn)生上下頻率控制信號；還具有鑒相頻率檢測、時鐘檢測引腳。各計數(shù)器的計數(shù)值可以通過串行或并行接口編程實現(xiàn)，也可以直接通過連線實現(xiàn)。該芯片具有功耗低、相位噪聲低、雜散小、分頻頻率高、編程靈活方便等優(yōu)點。
主計數(shù)器輸出頻率fp和參考計數(shù)器輸出頻率fc即為鑒相頻率，他們和輸入頻率、參考頻率的關(guān)系為： fp＝fin／［10×(M＋1)＋A］ A≤M＋1，M≠0
fc＝fr／(R＋1) R≥0
當(dāng)環(huán)路鎖定時，應(yīng)有：fp=fc。
因此，芯片的輸入頻率fin與參考頻率fr的關(guān)系為：
1．2 頻率合成器的設(shè)計
設(shè)計的頻率合成器系統(tǒng)實現(xiàn)框圖如圖1所示。
通過串行口，來自單片機的頻率控制字對集成鎖相芯片PE3236的內(nèi)部分頻器進(jìn)行設(shè)置，將所需頻率fo進(jìn)行10×(M＋1)次分頻作為一路鑒相輸入，將參考頻率fr進(jìn)行(R＋1)分頻作為另一路鑒相輸入，通過鑒相器后得到反映兩路鑒相信號誤差的輸出PD_U 和PD_D-，PD_U和PD_D經(jīng)過環(huán)路濾波器，對噪聲和雜散等干擾進(jìn)行抑制后得到VCO的控制電壓，控制
VCO工作，使VCO輸出頻率鎖定在fo(fo＝［10×
改變單片機控制數(shù)據(jù)，可以選擇不同的波道。
1．3 環(huán)路濾波器對相位噪聲性能的影響分析
隨著無線電通信系統(tǒng)性能的提高，信號源相位噪聲的要求常常是整個系統(tǒng)的制約因素。對頻率合成器的相位噪聲影響因素很多，這里對環(huán)路濾波器的影響作以簡要分析。
在鎖相環(huán)頻率合成器中，環(huán)路濾波器的設(shè)計是非常重要的。在環(huán)路帶寬內(nèi)，鑒相器強迫壓控振蕩器(VCO)跟蹤參考頻率，將參考振蕩器的相位噪聲映射到VCO上。這一過程受到鑒相器噪聲基底的支配，因為鑒相器噪聲基底通常比參考振蕩器的相位噪聲高。由于補償頻率高于環(huán)路帶寬，環(huán)路就不能很好的跟蹤參考頻率，總的相位噪聲等于VCO的相位噪聲，因此要將環(huán)路帶寬設(shè)置在鑒相器噪聲基底與VCO自由振蕩時相位噪聲的交叉點上。過寬和過窄的環(huán)路帶寬雖然對VCO的相位噪聲有一定的改善，但不能很好地提高PLL的相位噪聲性能。
在本設(shè)計中，環(huán)路濾波器是由精密運算放大器OP27組成的有源比例積分濾波器，如圖2所示。為了很好地降低PLL相位噪聲，合適的選擇環(huán)路元件值是非常必要的。
2 測試結(jié)果
在以上設(shè)計的基礎(chǔ)上，制作了一個L波段的頻率合成器，實測結(jié)果如下：
工作頻率：800～1 000 MHz，88個波道。頻率穩(wěn)定度：±1×10－6。
輸出功率：≥＋7 dBm。
相位噪聲：≤－90 dB(偏離中心頻率10 kHz處)。
3 結(jié) 語
隨著雷達(dá)、電子對抗、航空航天、通訊及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對頻率合成技術(shù)的要求更加嚴(yán)格。集成鎖相環(huán)頻率合成器體積小、功耗小、成本低、功能全、靈活性大、適合大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，越來越引起了人們的重視。本文采用大規(guī)模集成鎖相環(huán)頻率合成芯片PE3236，設(shè)計并制作了一個L波段頻率合成器。該頻率合成器已經(jīng)成功應(yīng)用于分米波儀表著陸設(shè)備外場檢測儀中，運行良好。