鎖相環(huán)（PLL）頻率合成技術(shù)是頻率源設(shè)計的一種現(xiàn)代化技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于通信、導航、電子偵查、電子對抗、遙控遙測及現(xiàn)代化儀器儀表等領(lǐng)域中。

1、 集成鎖相環(huán)芯片PE3240介紹

PE3240是Peregrine公司最新生產(chǎn)的一種可在高達2.2GHz頻段工作的分頻次數(shù)可編程的數(shù)字鎖相環(huán)芯片，正常工作狀態(tài)下功耗低于0.6W。PE3240采用了UltraCMOS技術(shù)，具有超低相位噪聲的優(yōu)良性能。

圖1為PE3240芯片的原理框圖。PE3240由雙模前置分頻器、計數(shù)器、鑒相器和控制邏輯組成。雙模前7置分頻器采用吞脈沖分頻技術(shù)，通過模式選擇確定對VCO輸出頻率是10分頻還是11分頻，通過20位寄存器的置數(shù)值，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行分頻，另外的計數(shù)器A，用于模式選擇，鑒相器產(chǎn)生上下頻率控制信號，還提供鑒相器測試和時鐘檢測輸出功能。PE3240的分頻置數(shù)采用三線串行模式。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。

PE3240主要電路性能為：

雙模前置分頻器（10或11分頻）；

9位M和4位A吞吐脈沖計數(shù)器；

6位R參考頻率計數(shù)器；

低電源電壓+3V供電；

輸出頻率范圍為200-2200MHz；

參考頻率最高為100MHz；

三線串行編程模式。

2、 頻率源設(shè)計方案

如圖2所示，頻率源原理框圖以PE3240為核心。PE3240需要外接環(huán)路濾波器和壓控振蕩器。本設(shè)計中環(huán)路低通濾波器采用有源比例積分濾波器。如圖3所示，環(huán)路低通濾波器的作用是濾除鑒相器輸出電流中的無用組合頻率分量及其他干擾分量，以保證環(huán)路所要求的性能，并提高環(huán)路的穩(wěn)定性。

根據(jù)鎖相環(huán)參數(shù)確定R、C等元件的值。需要注意的是，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，以提高PLL的相位噪聲性能。

如圖2所示，通過三線串口，由單片機將分頻參數(shù)M、R、A置入PE3240，將輸出頻率進行［10×（M+1）+A］分頻，作為鑒相器的一路輸入，另一路鑒相器輸入是將參考頻率fR進行（R+1）分頻，通過鑒相器后，得到與兩路信號的相位誤差成比例的誤差電壓，經(jīng)環(huán)路低通濾波器，取出有用的直流電壓分量，控制VCO的輸出頻率鎖定在［10×（M+1）+A］×［fR/（R+1）］頻率上。

本設(shè)計中，參考頻率選為28MHz，R=39，A=3。這樣，通過改變M值（119-159，步進為1），可得到頻率間隔為7MHz，范圍為842，1-1122.1MHz的穩(wěn)定輸出頻率。

3、 與單片機接口及軟件編程

PE3240與單片機接口只有一種方式，即三線串口模式，電路連接如圖4所示。

分頻參數(shù)R、M、A是以20位串行碼形式輸入PE3240的。其中，R為6位，M為9位，A為4位，還有一位Pre_en為常0，數(shù)據(jù)格式如表1所列。

PE3240串口模式與SPI串口及RS232串口都不同，必須按照特定的時序?qū)崿F(xiàn)串行碼輸入，即當S_WR為低電平時，在Sclk的上升沿，串行碼被串行輸入PE3240主寄存器，注意，高位R0先入。

根據(jù)串口時序和數(shù)據(jù)格式，我們編寫了使用高效的AT89C51單片機與PE3240的C51串口通信函數(shù)。具體如下：

本串口通信函數(shù)的設(shè)計十分巧妙，由于單片機一個字節(jié)是8位，因此把20位串行碼分為高4位和低16位分別發(fā)送，高4位由預置函數(shù)置入，低16位由串行輸入函數(shù)置入。

其中，分頻參數(shù)R、M、A是根據(jù)輸出頻率的首頻率和波道間隔，按下式計算：

4 、總結(jié)

根據(jù)本設(shè)計方案，制作的L波段頻率源，已成功應(yīng)用于無人機分米波儀表著陸系統(tǒng)設(shè)備中。性能指標良好：輸出頻率范圍為842.1-1122.1MHz，頻率間隔為7MHz，波道數(shù)為40；雜散抑制度＞350dB；相位噪聲≤-85dB（偏離中心頻率10KHz處）；頻率穩(wěn)定度為±1×10-6。

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