基于单片机控制的ADF4106锁相频率合成器设计
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2020-08-12
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基于单片机控制的基于单片机控制的ADF4106锁相频率合成器设计锁相频率合成器设计
本文提出了一种基于单片机AT89C2051控制的、利用锁相技术、以ADI公司生产的频率合成器芯片AD4106为核
心，来实现锁相频率合成器的设计方案。
0引言
在现代电子技术的设计与开发过程中，特别是在通信、雷达、航空、航天以及仪器仪表等领域，都需要进一步提高一系列高精
度、高稳定度的频率源的频率精度。这样，一般的振荡器已经无法满足各种应用的发展要求，而晶体振荡器的性能虽然比较
好，但其频率单一，或只能在极小的范围内进行微调。因此，本文提出了一种基于单片机AT89C2051控制的、利用锁相技
术、以ADI公司生产的频率合成器芯片AD4106为核心，来实现锁相频率合成器的设计方案。
1系统结构原理
该锁相频率合成器的具体实现结构如图1所示。本系统由频率合成器AD4106、环路滤波器、压控振荡器、晶体振荡器以及参
考分频器和程序分频器共同构成锁相环路(PLL)。该环路输入端由高稳定度和高准确度的晶体振荡器经参考分频器分频后，输
出基准频率，然后利用锁相环路良好的窄带跟踪特性，使压控振荡器的输出频率准确地稳定在参考频率或某次谐波上。环路芯
片ADF4106中设有程序分频器和参考分频器，可由单片机AT89C2051来编程控制，并可通过改变单片机程序，利用所提供适
当的N、R值，来求高性能的输出频率f0。当环路锁定时，输出频率f0可由正式计算出：
式中：N为程序分频比，R为参考分频比，fr为晶体振荡器固定频率，f0为输出频率。
2 系统硬件实现
下面以410 MHz锁相频率合成器为例来说明系统实现过程。
2.1 ADF4106的结构特性
ADF4106是美国ADI公司生产的集成数字锁相频率合成芯片。它集成有一个低噪音的数字鉴相器、可编程的分频器、可编程A
／B计数器、双模前置分频(P／P+1)、精确的电荷泵以及其它模块。ADF4106最大特点就是具有极高的工作频率，因此可简
化系统结构，降低功耗和设备成本。此外还可以通过简单的3线接口控制片内的寄存器，方便地控制芯片工作状态。其
ADF4106的内部结构如图2所示。
ADF4106的技术参数有：可输出频率为小于550 MHz；双模因子为8／9(P=8)；参考频率为5M＜fr＜100 M；锁定频率f0=Nfr
／R，其中N=(BP+A)；A、B、R为内部可编程计数器，A为5位，B、R为14位。
2.2 系统硬件电路
系统硬件电路连接图如图3所示。图中ADF4106的CP脚外接电容390 pF、2700 pF和39pF以及电阻10 kΩ、27 kΩ构成环路滤
波器，本系统中采用三阶环路滤波器，主要用于衰减误差电压中的高频分量，提高系统抗干扰能力。其环路带宽为20 kHz。
另外，由于压控振荡器的输入端电压较大，而频率合成器的输出电压小，所以设计中选择了运算放大器芯片AD820来放大误
差电压信号。
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