ADF4360-7压控振荡器.

1、通信原理课程设计课程名称：基于 ADF4360-7的集成整形N合成器的压控振荡器指导老师：专 业：_班 级：姓 名：学 号：摘要:ADF4360-7是一款整合了整形 N合成器的压控振荡发生器 （VCO）ADF4360-7的中心频率是由外部传感器进行设定的。其允许频率范围从350MHz到1800MHz另外可以选择使用2分频，则用户接受的射频输出信号频率范围在175MHz到 900MHz全部片内寄存器都是由一个简单的3线接口来控制的。设备操作电压范围从 3.0V到3.6V并且在不使用时可以随时关闭。Abstract:The ADF4360-7 is an in tegrated in teger-

2、N syn thesizer and voltagecon trolled oscillator (VCO). The ADF4360-7 center freque ncy is set byexter nal in ductors. This allows a freque ncy range of betwee n 350 MHz to1800 MHz. In addition, a divide-by-2 option is available, whereby the user receives an RF output of between 175 MHz and 900 MH z

3、. Con trol of all theon-chip registers is through a simple 3-wire in terface. The deviceoperates with a power supply ranging from 3.0 V to 3.6 V andean be powered dow n whe n not in use.关键词：压控振荡器、合成器、频率、结构、功能Key words: VCO synthesizer 、 frequency 、 configuration 、 function目录集成整形N合成器的压控振荡器 5芯片特性 5应用范

4、围 5技术规范 6时序特性 7极限工作范围 8管脚结构和功能描述 9典型工作特性 11电路说明 17参考输入部分 17比例器 17A,B计数器 17R计数器 18PFD和 CHARGE PUMP 18MUXOU和 LOCK DETEC干 19输入转换寄存器 20压控振荡器 VCO 20锁存器结构 23开机 26控制写入 28N计数器写入 30R计数器写入 30ADF4360-的应用 32外观尺寸 39集成整形N合成器的压控振荡器avdoWqd捡 tce=OOOOA1DF43&D.7 MULTIPLEJCEHhflUJOJTMUTELOCK DETECT1MURCOUWTER4CPVwDDVlU

5、NE9AVASIMTlfgERRgqtSTEfiCOREOUTPUTTAGEO RFqut鼻A AFgurBJ 13-BITB CQUWTERH/5EL = 1LMVSEL-2OoDOWDCPGNDPRESALE RN-IBP* AlMIT ACOUNTER芯片特性：输出频率范围：350MHz到1800MHz2分频输出电源3.0V至U 3.6V逻辑兼容1.8V*整形N合成器可编程双模比例器 8/9 ,16/17可编程输出电平三线接口逻辑锁与数字锁检测硬件及软件关闭模式应用范围：有线电视设备手持无线通信（DECT, GSM, PCS, DCS, WCDMA测试设备；无线局域网;技术规范：AVDd

6、 = DV DD= V VCO = 3.3 V 10%; AGND = DGND = 0 V ; TA = T min to T max 表1参数B万案单位注释输人频率10/250MHzmln/maxf21 V/ g输入灵敏度0.7/ AXDD 0 AXDDV p-p mln/maxV max直流电偶5.0pF maxCMC兼 容输入电容 输入电流100gAmax鉴相器鉴相器频率28MHzmax充电泵耗尽层沟/源极3 最大电流2.5mA最大 Rset = 4.7 k ?最小电流0.312mARest取值范围2.7/10k?漏泄电流ICP30.2nA1.25 V VCP 2.5 V耗尽层与电流匹

7、配2%1.25 V VCP 2.5 VICP与 VCP关系1.5%ICP与温度关系2%逻辑输入 高压输入1.5V mln低压输入0.6V max输入电流IINHI INL+ 1gAmax输入电容Cin3.0pF max逻辑输出VOH输出为1电压DXDD- 0.4VmlnCMO输出选择I0H输出为1电流500gAmaxVOL输出为0电压0.4V maxI ol = 500 gAAXDD3.0/3.6Vmln/V maxDXDDAXDDWC0AXDDAIDD410mADIDD42.5mAIVCO524.0mAI core= 15 mA.IRIOIT 43.5 -11.0mA射频输岀级可编程睡眠状态

8、47gA射频输出特性5VCC输出频率2050/2450MHzmln/maxI core= 15 mAVCCM敏度50MHzV锁定时间6400gs内部最终频率10HZ频率推移（开环）6MHz/V频率牵引（开环）15kHz第二谐波含量-19dBc第三谐波含量-37dBc输出功率5,7-13/-4dBm在3分贝梯级锯台可编程，输岀功率偏差3dB和谐负荷参见输岀功率匹配一节VCC调谐范围1.25/2.50Vmln/max噪声特性5合成器相位噪声电平8-111dBc/Hz100kHZ载波电流偏移量-133dBc/Hz1MHZ载波电流偏移量-141dBc/Hz3MHZ载波电流偏移量合成器固有噪声电平9-1

9、47dBc/Hz10MHZ载波电流偏移量-172dBc/HzPFD25kHZ-163dBc/HzPFD200kHZ频带内的相位噪声10,11-147dBc/HzPFD8MHZRMS集成相位误差12-85dBc/Hz1kHZ载波电流偏移量PFD寄生信号11,130.56度100HZ 100kHZ用MTLD言号做解锁电平-65/-48dBc/ dB1. 工作温度范围-40 C to +85 C3.ICP内部参数使整个频率范围保持环路增益不变4. Ta= 25 C; AVdd = DVdd = Vvco = 3.3 V ； P = 325. 这些特征是为了保证 VC（核心电流=15mA6. 变频范围

10、1.45G 1.75G,PFD频率200kHZ,环路带宽10kHz7. VvcO用 50?负载电阻8. VC（的噪声在开环下测量9. 合成器固有噪声通过测量 VC（带内的相位噪声输出功率减去20logN（N为对频率的分频值）10. 相位噪声符合EVAL-adf4360-xEB1和HP8562濒谱分析仪，频谱分析仪用来测量合成器输出，偏移频率=1kHz11. f REFIN=10 MHz； fpFD =200kHz； N=8000;环 B/W=10kHz12. f refiN=10 MHz； f pfD=1MHz N=1600;环 B/W=25kHz13. 寄生信号符合EVAL-adf4360-

11、xEB1和HP8562濒谱分析仪，频谱分析仪用来测量合成器输出，f refout= 10 MHz时序特性AVDd = DVdd= Vvco = 3.3 V 10%； AGND = DGND = 0 V 1.8 V and 3 V logic levels usedTa = T min to T max表2参数限制在TminTmax（B方 案）单位试验条件/注释1120ns minLE建立时间t210ns min数据时钟建立时间t 310ns min数据时钟保持时间t425ns min时钟高电平持续时间t 525ns min时钟低电平持续时间t610ns minLE时钟建立时间t720ns mi

12、nLE脉冲宽度极限工作范围Ta = 25 C,其它另做说明表3参数取值范围avdd-gnD1-0.3 V +3.9 V-0.3 V +0。3 VAVDD-DVDD-0.3 V +3.9 VVVCO-GND-0.3 V +0.3VWC0WDD-0.3V VDd+ 0.3 V数字I/O 口与地电位差-0.3 V VDd + 0.3 V模拟I/O 口与地电位差-0.3 V VDd + 0.3 VREFFN与地电位差150C工作温度范围50 C/WCSP 0 JA热阻抗最高结温88 C/W发光二极管焊接温度215C气相（60S） 红外线（15S）220CGND = AGND = DGND = 0 V.

13、当芯片工作在高于以上所列的最大工作范围时将可能造成设备的损坏。这只是强度的范长时间处于最大范ESD敏感的。应该围；设备如需要工作在这些条件或其他高于所列条件下的情况没有列出。围条件下工作会影响设备的可靠性。这种设备是一种带有v 1kv ESD范围的高性能射频集成电路，并且是采取适当的保护措施来操作装配。晶体管参数12543 (CMOS) and 700 (Bipolar)ESD注 意ESD（静电释放）敏感装置。静电荷在人体和测试装置上积累到4000V并能毫无察觉的释放。虽然这种产品提供特有的ESD呆护电路，但设备可能会受高静电能释放的影响而发生永久损坏。因此，适当的 ESD预防可以避免性能的衰

14、减或功能性的损坏。管脚结构和功能描述inoxnw山0doUJCPGNDavddAGNDUTVCPIN1IDENTIFIERADF4360-7TOP VIEW(Not to Scale)18| DATA17 CLKREFin 固 DGND 迴CN 111 rset号OZ0CPPFDI Ch=3.3V, Vvco = 3.3V=2.5mAFREQUENCY = 200kHz )P BANDWIDTH = 10kHz .BANDWIDTH = 30Hz E0 BANDWIDTH = 30Hz =EP = 19 SECONDS rnre? 4 alolRES viniSWI_L AWEr MVEL4d

15、Bc/Hz 一i-96/mN*-2kHz -1kHz 500MHz 1kHz2kHzo-2-3-S-670-8-90oo o o o o Q o o(Bp) 50 ind-inoREFERENCE LEVEL = -3dBm-0.25MHz-0,1MHzVDD = 3、3V, V肚o 7.3V 心=2,5mA-PFD FREQUENCY = 200kHzLOOP BANDWIDTH = 10kHz- RES. BANDWIDTH = 1kHzVIDEO BANDWIDTH = 1kHz -AVERAGES = 20-74dBc1250MHzOJMHz0.25MHzREFERENCE LEVEL

16、 = -3dBm(HP)疋山 AAOdj.ndj.no图8 参考分支500 MHz （信道间隔200kHz,环路带宽10kHz）VDD = 3.3V, Vvco = 3 3V lCP = 2.5mAPFD FREQUENCY = 1 MHz LOOP BANDWIDTH = 25kHz RES. BANDWIDTH = 1kHz VIDEO BANDWIDTH = 1kHzSWEEP = 4.2 SECONDSAVERAGES = 20-1.1MHz-0.55MHz 500MHz0.55MHz1.1MHzoo oo ooo2030O151k10k100k1MFREQUENCY OFFSET (

17、Hz)o o .1图10 VCO开环相位噪声，L1 , L2=1.0nH(HP-Di山 AAOd Ind-Lno5 0 5 0 50 112 2o 53 3oo o 5 O1 4 4 5X1k10k100k1MFREQUENCY OFFSET (Hz70-700(HP 一丄LlJAAOd Indlno0-10-20(mp) H山AAOd -Lnd-Lno3D5060708090、X、FREQUENCY OFFSET (Hz)VCO 相位噪声，625MHz允许2分频，200kHzPFD环路带宽10kHzREFERENCELEVEL = -3.5dBmVDD = 3 3V, Vvco = 3.3V

18、I仁 P = 2.5mAPFD FREQUENCY = 200kHz LOOP BANDWIDTH = 10kHz RES. BANDWIDTH = 30Hz VIDEO BANDWIDTH = 30Hz SWEEP = 1.9 SECONDS AVERAGES = 20-B7.5dBc/Hz-2kHz -1kHz 1.25GHz 1kHz 2kHz(HP)世山AAOd JTIdlflOREFERENCE LEVEL =-3d BmVDD = X3V, Vvco = 33 lCP = 2.5mAPFD FREQUENCY 二 200kHz LOOP BANDWIDTH = 10kHz RES.

19、 BANDWIDTH = 1kHz VIDEO BANDWIDTH = 1kHz AVERAGES = 20-79dBc-0.25MHz-0.1MHz1250MHzOJMHz025 閘 Hz图14 参考分支1250 MHz （信道间隔200kHz,环路带宽10kHz）(HP)Q:山 AAOd J-nmlnoREFERENCE LEVEL = -3dBmVdd = 3.3Vt Vvco = 3.3V lCP = 2.5mAPFD FREQUENCY = 1MHzLnEFm-1.1MHz-0.55MHz1250MHz0.55MHz1.1MHz电路说明参考输入部分参考输入部分在图16中给出。SW1和

20、SW2是常闭开关。SW3是常开开关。当电源给电,SW3闭合，SW1和SW2打开。这样可以保证 REFn管脚断开。POWER-DOWNCONTROLTO R COUNTER比例器（P/P+1）双模比例器（P/P+1）,在计数器A,B的输入下，允许有较大分频比例 N（N=BP+A。双 模比例器工作在 CM冰平，从VCO口获得时钟并分割为可用频率给 A和B计数器使用。比例 器为可编程的。它基于一个同步 4/5核心并可以用软件设定工作在 8/9或16/17比例下。尽 管可以编程得到 32/33的比例但在这里是不可用的。当接近于输出频率时会得到一个最小比例值；这个最小值取决于比例系数P,并由（P方-P）

21、给出。A,B计数器A,B CMOS型计数器和双模比例器共同完成了较大分配比例的相同步逻辑反馈计数。计数器在比例器输出=300MHz时工作。所以，当 VCO勺频率为2.5GHz时，比例系数应当选择 16/17，而不能选择8/9。根据这个原理当 VCO频率在700MHz以下时，系数为8/9是最好的 选择。脉冲消隐功能A,B计数器和双模比例器所产生的频率由基带频率除以R得出，VCO频率等于下式：fvco 二(PxB) +AX血洌科/Rfvco是压控振荡器的输出频率P是双模比例器比例系数（取8/9,16/17 等）B是13位计数器预设初值（取 3 8191）A是5位计数器预设初值（取0 31）f VC

22、O是唯一的外部参考振荡器频率I - -1 I N = BP + AI11PRESCALER1P/P+111T1LOAD 人FROM VCOI MODULUSCONTROL；N DIVIDERnr13-BIT B_ COUNTER loAD * 厂TO PFD5-BIT ACOUNTER匸9-mpo图17 A,B计数器R计数器14位R计数器允许将输入基带频率分频为PFD的基准时钟频率。分频比范围从1至U16383。PFD和 CHARGE PUMPPFD通过R计数器和N计数器的输入来提供一个比例信号输出，这个信号的相位和频率不同于输入。图18给出了个简单的例子。PFD中包含一个可编程延时器来控制反

23、馈脉冲的 宽度。这个脉冲保证了在 PFD传送过程中不产生死区，并且可以减小最小相位噪声和参考误 差。2bit的R计数器写入控制 ABP2和ABP1共同决定了脉冲宽度。R DIVIDERiinH DIVIDERI11 11CP OUTPUTI1 1 11 11i-图18 PFD原理图和时序图石 CHARGEMUXOU和 LOCK DETECTMUXO U的状态对于ADF4360系列的多路复用输出允许用户在片内访问大量内部资源。 由M3,M2和M1的写入进行控制。由表 7和图19表示MUXOU的状态。锁定检测MUXOU能够通过编程完成两种类型的锁定检测：数字的和模拟的。数字锁定检测是被激活 的。当

24、R计数器中的LDP写入被设定为0时，且当相位差错在3个连续相位检测周期中小于 15ns时数字锁定检测被设定为高电平。在LDP设定为1时，5个连续周期中小于 15ns的相位错误需要设定锁定检测。它将一 直被置为高电平直到在后来的PD周期中检测出一个比 25ns还要长的相位错误。N沟道开环模拟锁定检测时要外接一个10K欧的上拉电阻。但锁定被检测出时，输出将为高电平并伴随很窄的低点平脉冲。ANALOG LOCK DETECT DIGITAL LOCK DETECT R COUNTER OUTPUT N COUNTER OUTPUT SOOUTMUXCONTROLDVddItO MUXOUTDGND图

25、19 MUXOUT电路输入转换寄存器ADF4360系列数字部分包含一个 24bit的输入转换寄存器，一个14bit的R计数器，和一个由5bitA计数器和一个13bitB计数器组成的18bitN计数器。数据在24bit转换寄存器 的CLK信号上升沿被锁入其中。数据首先被存入MSB中。数据在LE的上升沿被转换寄存器转换为四个位置其中之一。而其最终位置决定于两个控制位C2和C1来决定。这些就是两个LSB, DB1 和 DBQ这些位的情况由表 5的真值表给出。表六给出的是这些电路是如何被编程的。附注测试模式写入是用于出厂测试的，所以用户不能对此部分编程。表5 C2和C1真值表控制位数据锁存器C2000

26、控制锁存器01R控制10N控制（A和B）11测试方式锁存器压控振荡器VCO在ADF4360系列中VCO核心使用了 8个交迭频带，如图 20所示。在不需要很大的 VCO敏感度和低相位噪声和刺激下覆盖了很宽的频率范围。正确的频带是通过频带选择逻辑在开机时或N计数电路被更新时自动设定的。在开机时的写入顺序是非常重要的。这个顺序是：1、R计数器电路2、控制电路3、N计数器电路频带选择时需要占用 5个PFD周期，VCO与输出的循环滤波器断开并与一个内部参考电平建立起联系。3.05 0 5Z 21.0.54501.0500550600FREQUENCY (MHz)图 20 频率 VS V TUNE ADF

27、4360-7R计数器输出被频带选择逻辑用作时钟信号并且不能超过1皿日乙在R计数器输入时一个可编程的除法器允许输入被 1，2，4，8除并且被写入 R计数器中的BSC1和BSC2控制。当 需要PFD品率超过1MHZ寸，分频率应当设定的使设备有充足的时间完成频带选择。在频带选择之后，PLL工作恢复正常。Kv的值取决于使用的感应器的值。如果选择了2分频操作，其值也被除2处理。ADF4360系列包含了线性电路来减小产品Icp和Kv的改变。对于VCO核心编程时对操作电流要进行如下四步：5mA,10mA,15mA和20mA这个由控制部分中的PC1和PC2决定。输出电平ADF4360系列RFoutA和RFou

28、tB管脚接在作为 VCO缓存的NPN型差动放大电路的集电极，如图21所示。通过对控制部分 PL1,PL2编程进而控制了差动边上的尾电流大小，使得用户可以在电能耗散和输出电能需要间进行优化。4个电流大小可以被设定为：3.5mA, 5mA,7.5mA, 11mA这些电流水平给出了他们输出电能水平分别为14 dBm, 11 dBm, 8 dBm和5 dBm分别使用一个50欧电阻并搭配一个 50欧负载。作为选择，所有输出都能合成为 1+1:1形式 或是180度微波调制（参考输出匹配部分）。如果输出是被独立使用的，在优化输出电平时还要考虑到并联电感的问题。ADF4360系列的另一个特性是 RF输出的电流

29、供应在数字锁定检测电路达到锁定标准之 前一直都为关闭的。这个允许通过MTLD来进行控制。VCOBUFFER/DIVIDE BY 2图21 ADF4360-7 输出级锁存器结构表6 闭环结构闭环控制m值t断电2断电1电流调整2电流调整1输出电平静 噪增益态极性MUXOUT控制复位功率电平控制位DB23DB22DB21DB20DB19DB18DB17DB16DB15DB14DB13DB12 1DB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0P2P1PD2PD1CPI6CPI5CPI4CPI3CPI2CPI1PL2PL1MTLDCPGCPPDPM3M2M1CRPC2PC1

30、C2(0)C1(0)N计数器分频.选择二分频C P增益13位B计数器储存5位A计数器控制位DB23DB22DB21DB20DB19DB18DB17DB16DB15DB14DB13DB12DB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0divseDIV2 CPGB13B12B11B10B9B8B7B6B5B4B3B2B1RSVA5A4A3A2A1C1(1)C1(0)R计数器储存储存波段选择则试方式检测锁后沿脉冲宽度14位引用计数器控制位DB23DB22DB21DB20DB19DB18DB17DB16DB15DB14DB13DB12DB11DB10DB9DB8DB7DB

31、6DB5DB4DB3DB2DB1DB0divseDIV2 T1LOCK DETECT0KABLS1BMLffi2FL1OUTFinr POWEH LEVELCUHREWTPOWER HTO 50l. fUSfl怕 血 TO 叱&B01.5mA1Dm*-1Qi3dBni107.9mA-SdBfn1111s0mAfdBnCE.PINTO?MOK0XXASrMCwRONOUS POWER-DOh1X9NQMKOFCRATKm1D1良豹MCHIOPOvygt-COHIM111SHtMIDNOUBi FQWERiDOhF2P1PflESCALER VALUEQD汕0iliWIT1032)131331C2

32、 |fl|M2COAE. POWER LVBhlA1lorn*1伯曲11制rmi九FlTME-STHTE OVTFUT ENWTAL LOCK OETECT ACTIVE WHi nowrcuit 叫RDMDEJl OUTPUT NrCFIANNEL OPEN4MAJN LjQaMffiCTSEnALOMAOUWIJT DQWIE1UI11K Am1! 口 hACT=J-l|!i41药1旳亦片11 -HIS二STil.H JjTll：O1ZLi.T3E*JQI阳JAiJK ANWTOin-l*|jm 闸勺创indLro 用I斛 加 wn协 叭卄你AiifcnanhiiMa 吟 写 cu T*r

33、ra a wmi sjvm 上w n gvn iciiwoo 1H* M i imwA orniaiiid ai 胡制* jq m口祁刊2肿F皿创E CHLLllfi 1 Mil 旨2 rfftfiJ K：話悼IQ1 CNlLllfi 1 Mil HdT3 rfmjI.aqnauiviiuawvd qarwhi DQii-EVJt uMn wiJi-HrMi*.iMlk1111kcnn nita k1 U1二LI* Ib kBII31亠亠LIia&a-.a”二i111a助agym 4n10Qi14OMSJTWI6D二aQ4Q0&9冒4口UU丄 Vi吕二LUTBEHHOFLIELD|iE|.11

34、.lKCE01.1.E二4Ib kE-0D二*-L1.B.Ur-C-1fl-0IcInfl-fll1tfl-QeDtnmra0fl口川祐A ClIVrwihr询M.tfWUvIHSaw Z3A3Q llil 上皿 aisr JDW J KlfilfaLLUMOHI ZDIVZVcwnrLSCBra93fS2filBBISLaHHELSfia0eOz. oeotncwrwS0raa2SC肉口0阳口neoEwaM 口visaCk93iirsa4ISC和eoflBOtreoEdlomMONSIHAQD tf liarhUNrKssjiaLkQ!I0曲轟澎华/uo p6uaMp9 MMM/:dMH网韓

35、爼P9表9 R计数器MMSELECTCLOCKANiTB- BACKLASH PULiE WIDTHRSVBSCSB8C1LDPTEST NCOETHESE EitTE ARE WOTTHESE EitTE ARE WOT USEOBV1XE DEVICE ANZ- ARE DONT CARE 0KTS.USBO BY THE DEVICEAM3- ARE DONT CAREWTS.TEST MOOE WSHOyLD EE SET TOO FORUCiRMAL OPE RATICHBfltHQULDEJE 5ETTD0FOfi HCiRMALDPERAT1EHCOIMTRCMLLi E l :

36、.QB 13DB12赴PP1JW1AMTEACKLA5H PULSE WIDTHQ，帕611.3m1斗$怙1HH CriLOCK DETECT FREG割ONTOHEE 匚 ON SEC LJTIVE CYCLES OF FHA5E DELAY LS5 THAN in, MUST OCCUR 目ETORE LOCK MTECTlS MTFIVE CONSECVmE CYCLES OF PHASE CELAT LE皤 THAN i5n* MU&T OCCUR HFTOfi? IOCK DfTKT IS 5=10ms的间隔。如果需要更小的延迟，那么电容的容值可进一步减小。在这种使用条件下有可能产生一个微小的相位噪声，在表10中将给出更为详尽的描述。表10 电容CN与延迟和相位噪声的关系Cm闭环控制与N计数器之间的延迟开环相位噪声10kHz的偏移量(L1 和 L2=1.0nF )开环相位噪声10kHz的偏移量(L1 和 L2=13.0nF)10F 10ms-90dbc-99dbc440nF 600(is-88dbc-97dbcPOWER-LJPLECLOCK