郑秀云 唐小宏 　　锁相环phase locked loop是一种建立在相位负反馈基础之上的闭环控制系统，对相位噪声和杂散具有很好的抑制作用，因此在电视、仪器、通信等许多领域得到了广泛的应用。ADI公司生产的ADF4113的最大RF输入频率可达4GHz，内置可编程预分频器，具有电荷泵电流编程功能，可应用于无线射频通信系统基站和手机、WLAN以及通信检测设备、CATV设备中，是一款性价比很高的电荷泵锁相芯片。 １ 主要性能及工作原理 ADF4113可用于无线射频通信系统基站、手机、WLAN、通信检测设备及CATV设备中，其主要性能特点如下：　　●工作电压：2.7～5.5Ｖ，同时还提供外部可调的电荷泵电压调节功能；　　●最高鉴相芯片55ＭＨｚ，最高RF输入频率达４ＧＨｚ；　　●具有四组可编程双模分频器8/9、16/19、32/33、64/65；　　●内置可编程电荷泵电流和可编程反冲（antibacklash）脉宽功能；　　●编程控制采用3线串行接口；　　●能够进行模拟和数字锁定检测；　　●软硬件断电模式；　　●具有良好的相位噪声参数，鉴相频率为200ｋＨｚ 时，相噪基底为-164ｄＢｃ／Ｈｚ；输出900ＭＨｚ 时，相噪可达－91ｄＢｃ／Ｈｚ＠１ｋＨｚ；输出1960ＭＨｚ时相噪为-85ｄＢｃ／Ｈｚ＠１ｋＨｚ；鉴相频率１ＭＨｚ、输出3100ＭＨｚ时相噪为-86ｄＢｃ／Ｈｚ＠１ｋＨｚ。 图１所示为ADF4113的原理框图，它由一个低噪声数字鉴相器、一个高精度电荷泵、一个可编程参考分频器（R分频器）、一个可编程Ａ、Ｂ计数器以及一个双模分频器（P/P+1）组成。６位Ａ计数器、13位Ｂ计数器与双模分频器（P/P+1）共同组成了Ｎ分频器，分频比Ｎ＝ＢＰ＋Ａ。只需外加一个环路滤波器和压控振荡器（VCO），就可以构成一个完整的锁相环电路。输出频率为：FVCO=N(FREF/R，其中，FREF为参考频率，频率步进等于FREF/R。 ２　引脚功能 ADF4113有TSSOP和LFCSP两种封装形式，引脚排列如图２所示。各引脚功能如下：　　RSET：用来设置最大电荷泵输出电流，外接一个电阻RSET并连接至CPGND，换算关系为：ＩＣＰｍａｘ＝２３．５／ＲＳＥＴ(Ｍａ)；　　CP：电荷泵输出，接环路滤波器；　　CPGND：电荷泵地；　　AGND：模拟地；　　RFINB：RF互补输入，一般接一个100PF的去耦电容；　　RFINA：RF输入（来自VCO的RF信号耦合输入）；　　AVDD：模拟电源，电压范围为：2.7～5.5V；去耦电容应尽量靠近该引脚；AVDD必须和DVDD一致；　　REFIN：参考晶振输入；　　DGND：数字地；　　CE：芯片使能端，逻辑“１”有效；　　CLK：串行时钟输入端，在每个CLK的上升沿，串行数据锁入寄存器；　　DATA：串行数据输入端，首先装入的是最高有效位MSB，控制位在最低两位设置；　　LE：加载使能，该位为逻辑“１”时，存储在24位移位寄存器中的数据将全部装入指定的锁存器中，锁存器的选择由控制位来决定；　　MUXOUT：模拟或数字锁定检测端；　　DVDD：数字电源，2.7～5.5V，去耦电容应尽量靠近该引脚；DVDD大小必须和AVDD一致；　　VP：电荷泵电源，应大于或等于VDD，最高可到6V。 ３　编程控制 ADF4113的数字部分包括一个24位输入移位寄存器、一个14位Ｒ计数器和一个19位Ｎ计数器（含Ａ、Ｂ计数器）。图３给出了数据输入的时序图。数据（DATA）在每个时钟（CLK）的上升沿从MSB（最高有效位）开始依次写入24位移位寄存器中，直到LSB位写入完成之后，由来自ＬＥ的上升沿将存储在２４位移位寄存器中的数据一次性锁存入目标寄存器（包括Ｒ计数锁存器、Ｎ计数锁存器、功能锁存器以及初始化锁存器），接着再进行下一个目标寄存器的初始化工作。目标寄存器的选择由移位寄存器中的最末两位DB1、DB0来决定。 ４　应用电路 图４是利用ADF4113设计的2.5GHZ锁相环电路，其中单片机选用Microchip公司的PIC16F874，串行数据采用SPI方式写入；VCO选用MINI公司的ROS-3000V。芯片使能端CE直接与电源连接，鉴相频率FPD取25MHZ，50MHZ参考晶振从REFIN输入，因此参考分频比R=2；VCO分两路输出，一路作为频综输出，另外一路输出至ADF4113的RFINA端，经Ｎ分频后与来自Ｒ分频器的参考频率进行鉴相并产生一个误差信号，该误差信号从ＣＰ输出经有源三阶环路滤波后驱动VCO，最终锁定在2.5GHZ的频点上。调整环路滤波电路中的电阻和电容可以改变环路参数，阻尼系数ζ一般取0.707。这里分频比N＝2500mHz/25mHz=100，Ｐ取16，由N=BP+A得B=6，A=4。４个24位锁存器的初始化设置如下： FUNCTION锁存器：0101 1111 1000 0000 1001 0010； INITIALIZATION锁存器：0101 1111 1000 0000 1001 0011； R计数锁存器： 0000 0000 0000 0000 0000 1000； AB计数锁存器：0000 0000 0000 0110 0001 0001。 最后测得电路在2.5GHz输出时的相位噪声为-93DBC/HZ＠5KHZ，测试频谱如图５所示。