频率合成技术

　　数字锁相式频率合成器的基本原理是：应用数字逻辑电路把VCO频率一次或多次分频至鉴相器频率上，再与参考频率在鉴相电路中比较，所产生的误差信号用来控制VCO频率，使之锁定在参考频率的稳定度上。上述原理如图1所示。

　　图1 数字锁相式频率合成器工作原理图

　　其中N分频器是由单片机编程控制的，因此这种合成器又体现了程序设计和锁相技术的结合。从总体结构看，它由单片机、锁相环和可编程分频器三部分组成。

　　ADF4113简介

　　ADF4113是一种直接数字式频率合成器，它的最高工作频率为3.0GHz，工作电压为2.7～5.5V，可用于无线电基站设备、无线手提终端和信号检测设备等，它的外部引脚如图2所示。

　　图2 ADF4113的外部引脚

　　1 工作原理

　　ADF4113从外部输入的信号只有标准频率源信号和控制信号。标准频率源信号经过耦合电路输入到ADF4113后CONTROL ENGINEERING China版权所有，经14位的R分频器得到鉴相基准频率送鉴相器。单控制信号由时钟信号CLK、数据信号DATA和使能信号LE组成。在时钟信号的控制下，由串行口输入24位数据信号，暂时存放在24位输入寄

　　当ADF4113接收到反馈回来的输出频率后，首先通过预引比例因子P，经A、B分频器，得到分频以后的反馈信号CONTROL ENGINEERING China版权所有，输入到锁相器。与分频以后的标准频率源信号在鉴相器中比较，输出低频控制信号以控制外部VCO的频率，使其锁定在参考频率的稳定度上。

　　2 控制字

　　ADF4113的分频比N通过设置预引比例因子P和A、B分频器实现，算法为N=B×P+A。参考频率通过R分频器分频得到适合鉴相器的输入控制工程网版权所有，因此有fVCO＝[P×B+A]×fREFIN／R。A分频器、B分频器和R分频器分别为6位、13位和14位，其数值通过写相应的控制寄存器实现。

　　ADF4113内部有四个24位控制字寄存器, 分别为R分频器控制字、N分频器、初始化寄存器和功能寄存器。R控制字包括地址控制位、14位R分频器的数值设置位、脉冲宽度控制位、模式测试位、锁定精度选择位、方式选择位和保留位。N分频器控制字包括地址控制位、6位A分频器的数值设置位、13位B分频器的数值设置位、输出位增益控制位和保留位。初始化寄存器控制字包括地址控制位、分频器设置位、电源设置位、MUXOUT输出端控制位、PD极性设置位、输出端是否为三态输出设置位、快速锁定设置位、定时器设置位、当前状态选定设置位，以及预引比例因子设置位。功能寄存器与初始化寄存器控制字基本相同，只是低两位地址控制位不同。

　　硬件设计

　　1 总体结构设计

　　控制部分需要的外围电路包括时钟复位电路、键盘显示电路和与ADF4113的接口电路，控制电路结构如图3所示。

　　图3 控制电路结构

　　2 键盘显示电路设计

　　由于采用独立式键盘I/O口资源不够，需要用一片8255扩展并口。可将其A、B口作键盘输入，C口作LED显示输出。为简化设计控制工程网版权所有,键盘采用查询方式。

　　3 ADF4113接口电路设计

　　单片机是通过串口向ADF4113中写数据的，包括时钟线（DATA）、数据线（CLK）和控制信号LE、CE。LE、CE控制信号可由两个I/O口提供，另外还需单片机提供一I/O口以检测锁定信号。接口电路如图5所示。

　　图5 ADF4113接口电路

　　初始化时，将LE设为低电平。当24位数据由单片机经串口送入ADF4113后，给LE一高电平时，这样输入锁存器中的24位数据在CLK的上升沿锁进相应的寄存器, 三个字节数据送完后，LE应恢复到低电平。其中，CE是片选信号，低电平选通；MUXOUT可通过软件设置为ADF4113锁定信号输出端，高电平表示锁定。

　　软件设计

　　1 键盘输入

　　本课题使用的是16位独立式键盘，键盘经8255的A、B口输入，故8255的工作方式设置为A、B口入，C口出，且A、B口都工作于方式0，得出控制字为92H。

　　键盘采用查询方式，当检测到有键输入时，查询并保存键号。检测键输入程序用F0作标志位，有键输入时F0置“1”，以此标志跳出检测子程序，进入查询子程序。ResetFlag作为复位标志控制工程网版权所有，主要用在有循环的子程序（如扫频和点频）动态显示中，以其值为“1”作为跳出循环结束子程序的标志。

　　2 LED显示

　　显示电路采用共阴极LED，其片选信号由P1口低四位提供，段码数据由8255的C口输出，采用动态扫描方式，显示数据存于显示缓冲区内。

　　3 控制字

　　根据ADF4113功能控制字结构，功能控制字可设为8D91