1、山西电子技术 2009年第1期 应用实践 文章编号：16744578(2009)01。003602 基于ADF4 1 10的频率发射系统 李新军 ，0姚玉钦 邵明省 ，3 (1中华人民共和国教育部国家级电子电工实验实训教学基地，河南鹤壁458030； 2安阳工学院，河南安阳455000；3鹤壁职业技术学院，河南鹤壁458030) 摘要：结合美国ADI公司推出低功耗宽带集成锁相环芯片ADF4110的性能特点以及锁相环频率合成器的 原理，给出了用ADF4110锁相环芯片设计频率自动跟踪系统的硬件电路，并给出了频域和时域的测试结果，表明 电路可以进行精确实时功率控制和本振频率控制，可以满足不同频点发
2、射机的要求。 关键词：频率跟踪；锁相环；相位噪声；分频器 中图分类号：TP399 文献标识码：A 0引言 利用锁相技术实现频率的加、减、乘、除。其优点是由于 锁相环路相当于一窄带跟踪滤波器，因此能很好地选择所需 频率的信号，抑制杂散分量，且避免了大量使用滤波器，十分 有利于集成化和小型化。此外，一个设计良好的压控振荡器 具有高的短期频率稳定性，而标准频率源具有高的长期频率 稳定度，锁相式频率合成器把这二者结合在一起，使其合成 信号的长期稳定度和短期稳定度都很高。但锁相式频率合 成器的缺点是频率转换时间较长，单环频率合成器的频率间 隔不可能做得很小。 1锁相环结构 锁相环一般为一个负反馈环路结构
3、，它比较输入信号和 振荡器输出信号之间的相位差，从而产生误差控制信号来调 整振荡器的频率，以达到与输入信号同频同相，结构如图1 所示。 图1锁相环结构 鉴相器是用于判断锁相器所输出的时钟信号和接收信 号中的时钟相差幅度。环路滤波器是用于对鉴相器的输出 信号进行滤波和平滑，大多数情形下是一个低通滤波器，用 于滤除由于数据的变化和其他不稳定因素对整个模块的影 响。压控振荡器的输出频率正比于环路滤波器上的控制电 压，最终使参考时钟与分频器的输出信号同频同相，即压控 振荡器的输出信号频率为参考时钟频率的N倍。可调相 调频的时钟发生器是用于根据鉴相器所输出的信号来适当 的调节锁相器，内部的时钟输出信号的
4、频率或者相位，使得 锁相器完成上述的固定相差功能。 锁相环有很多种类，可以是数字的也可以是模拟的也可 收稿日期：20081201修回日期：20081219 作者简介：李新军(1954一)，男，讲师，研究方向：电子技术。 以是混合的，可以用于恢复载波也可以用于恢复基带信号时 钟。从整体上来说，输入与输出信号频率差不断减小，直到 差值为零，进入锁定状态，相差等于一个极小的数值，实现频 率跟踪。 2 ADF4110芯片介绍 删儿0是分频为N的在无线接收器和发射机的上变 频和下变频部分的一台小数N分频PLL频率合成器，它包 括一台低噪声数字式阶段频率探测器(PFD)，精确度极高的 充电泵，并且有可编程
5、序的参考分频器，一致的RF输出相 位，工作电源27V到33V，串行接口，模拟式和数字式锁， 电源下降沿工作方式，拥有环路滤波器。广泛应用于CATV 设备，基础配置的无线收音机，无线手机，无线LANs和 PMR，通信测试设备。ADF4110采用16脚下TSS0P封装， 内部结构如图2所示。 CPGND充电泵地，此引脚是充电泵的接地回路。AVm 模拟电源电压，范围是3OV36V。对地的去耦电容应尽 可能地靠近该引脚，AVDo必须与Dl、，I=D的值相同。AGND模 拟信号地，此引脚是前置分频器和VCO的接地回路。RFTN B，前置分频的互相输入，此引脚必须连接一个小旁路电容到 地，用于去耦，典型值
6、是100PF。RFINA，前置分频器输入。 该小信号输入是被交流耦合到VCO。Rsrr在此引脚和 CPGND之间连接一个电阻，设置充电泵ICP最大输出电流。 ICP和Rszr的关系式为ICPmax=255Rsz-r，设置 = 47Kn，则ICPmax=542mA。DGNq9，数字地。REFIN，基 准输入，此引脚是CMOS输入，输入能被TLL和CMOS晶 体振荡器所驱动并能采用交流耦合。CLK串行时钟输入。 3硬件系统电路 ADF4110内部的N分频器(包括P分频器、B分频器和 A分频器三个部分)的分频比应为15000，即N=PB+A= 15000。可选取P=64，B=237，A=32。 第1
7、期 李新军，等：基于ADF4110的频率发射系统 37 工作过程分为频率牵引过程和相位锁定过程，频率牵引 过程是一个完全的非线性过程，相位锁定过程是一个近似的 线性过程。电荷泵锁相环本质上是一个离散时间采样的动 态系统，当环路带宽远远小于参考时钟频率时，可以采用连 续时间近似；当相位误差在鉴频鉴相器的鉴相范围内时，可 以采用线性近似，整个系统结构如图3所示，这样，当电荷泵 锁相环处于相位锁定过程时，就可以得到一个线性连续时间 的相位域模型。晶振输入的参考时钟频率为10MHz，压控 振荡器的输出增益为，电荷泵电流为100mA，分频器的分频 RFl A RFI B 比N=16。根据电路参数，电荷泵
8、锁相环的环路增益相对较 高，为了保证电荷泵锁相环的稳定性，并抑制控制电压上的 纹波，所以将此时钟倍频器中的三阶电荷泵锁相环设计成窄 带锁相环，其开环单位增益带宽为fu=0317MHz。同时，为 了有相当的开环相位裕度和较快的闭环线性建立时间，取开 环传输函数在单位增益带宽的相位裕度。最后得到C1： l84nF，C2=889nF，C3=100nF和R1=173kQ，R2= 160kQ。 CE ACND DCND 图2 ADF4110芯片内部结构 | 在直流放大器的零漂问题；不影响整体电路的性能，相位噪 图3硬件系统电路 4实验仿真结果 为了对所设计的系统分析其特性，本文在通用的仿真软 件AD1
9、SimPLL进行仿真。该软件本身提供有多种类型的 环路滤波器，用户可根据需要选择滤波器，并输入所选定的 VCO特性参数，这样，软件可自动计算出环路的各个参数以 及相位噪声、锁定时间等。频域分析包括相位和环路增益， 分别为图4和图5，消除了目前频率采用晶振取基准信号带 来的各种不良影响；改进其输出频率的抖动特性；同时不存 声平均一85dbcHz；谐波、杂散分布平均优于一65dbc。 Phase Noise at l l4MHz n “ 专+ 斗 一 +卜十 一阜一 辜辜 ： ： ： ： 0 100 1k 10k 100k lM Frequency(Hz) 图4相位增益 LoopGain at11
10、4MHz ： ： 、 一， 。 图5环路增益 (下转第47页) m加如 8一 一 【zI P】sl0乏 器tI m柏0珈枷 珈 。 一ul时0 第1期 任巨涛，等：基于导频的OFDM系统信道估计 47 5结论 本文分析了OFDM系统中LS和MMSE以及改进的LS 信道估计算法，利用MATLAB程序仿真实现了LS以及改 进的Ls算法的信道估计，给出了两者的最小均方误差及误 码率随信噪比变化的曲线。仿真结果表明，改进的Ls算法 估计精度要优于Ls估计。但是改进的算法增加了计算复 杂度。 参考文献 1Leonard J，Cimini JrAnalysis and Simulation of Digi
11、tal Mobile Channel Using Orthogonal Frequency-Division MultiplexJIEEE Trans Comm，1985，33(7)：665 675 2佟学俭，罗涛OFDM移动通信技术原理与应用M 北京：人民邮电出版社，2003 郭梯云，邬国杨移动通信M西安：西安电子科技大 学出版社，1999 韦惠民，李白萍蜂窝移动通信技术M西安：西安电 子科技大学出版社，2002 蔡涛，李旭无线通信原理与应用M北京：电子工业 出版社，1999 吴伟陵移动通信中的关键技术M北京：北京邮电 大学出版社，1996 Theodore SRappapoWireless
12、 Communications Pnn dples and PracticeJBei Jing：The Publishing House of Electronics Industry，1999 焦胜才，陈德荣OFDM技术及其应用J通信技术， 2003(7)：2021。 王文博，郑侃宽带无线通信OFDM技术M北京： 人民邮电出版社，200311 Estimation of oFDM Channel Based on Pilot Ren Jutao Wang Hua-kui (Academe ofInformation and Engineering，Taiyuan University of
13、Technology，Taiyaun Shanxi 030024，Ckina) Abstract：OFDM is a kind of transport technology with high efficiency，and for itS high performance in using frequency band and resisting multipath fading，is regarded as the core technology of nextgeneration wirdess communication systemsCharmel esti mation is th
14、e key technique for OFDM systemThis paper presents the pilotbased channel estimation algorithms in OFDM systems Simulation results indicate that the improved LS algorithm is more efficient than the LS algorithm Key words：OFDM；channel estimation；pilot symbols；LS (上接第37页) 时域分析分析包括频率和锁定时间，分别为图6和图7。我 们从
15、图6和图7可以看出频率在ll4MHz是在锁定的，此时 输出电压最小，解决了所定时间与相位抖动之间的矛盾，对 帆 1 I l 图6频率 三： Time(mf1) 图7锁定时间 信息的传输质量都有很大的提高。 参考文献 1赵宏峰中频数字化接收机中的下变频器研究D东 南大学，2006 2 董姝敏基于锁模光纤激光器的锁相环特性的研究 D东北师范大学，2005 3 肖红霞，黄绍平，彭晓基于瞬时无功功率理论的改进 型单相电流检测方法J湖南工程学院学报(自然科学 版)，2006(3) 4 吴初辉，王国平干涉仪锁相环等效噪声带宽高精度测 量的仿真实现J飞行器测控学报，2003(4) 5郝培育，唐普英锁相环在S
16、DH网络中的应用J电 子工程师，2007(3) 6张厥盛锁相技术M西安：西安电子科技大学出版 社1994 7 陈邦媛射频通信电路M北京：科学出版社，2002 8 费元春宽带雷达信号产生技术M北京：国N-：r- 出版社，2002 Frequency Launching System Based 0n ADF41 10 Li Xin-jun Yao YuainZ Shao Ming-sheng ， (1 8CaineseMinistry ofNationalElectricalElectronic TrainingBase， Henan 458030，Cai7 ： 2胁biOccupation l
17、logyCollege， b m77 458000，China： 3Anyang E7gineering Institute，An3rang Henan 455000，Caina) Abstract：Unifying the perfomance characteristic of low power loss wide band integration phase-locked loop chip ADF41 10 pro moted by American ADI Corporation and the principle of phasMocked loop frequency synt
18、hesizer，the paper presents the hardware circuit of ADF41 10 phase-locked loop chip design frequency automatic tracking loop，and gives the test result of frequency range and the time domain。indicates that the electric circuit may carry on the precise realtime power control and the local oscillation frequency Control，also may satisfy the request of transmitter with different frequency Key words：frequency track；phase-locked loop；phase nolo；frequency divider 1j 1J 1J 1J 1J 一HI= 分E ，F
