MAX2871在手持式无线电综测试仪中的应用

宫夏

【摘 要】本振合成电路是无线电发射机与接收机的重要组成部分，它为发射机和接收机的频率变换提供本振信号。随着仪器小型化的发展，内部空间越来越小，本振合成电路的小型化设计必不可少。MAX2871是一款集成压控振荡器（VCO）的超宽频带锁相环（PLL），可产生23.5MHz～6000MHz频率范围的时钟，满足手持式无线电综测仪所需的本振频率，减小了射频电路面积，达到小型化仪器设计目的。

【关键词】无线电综测仪；MAX2871；发射机；接收机

【Abstract】Local oscillator synthesis circuits are important parts of Transmitter and Receiver，it will provide local oscillator signals for Transmitter and Receivers frequency conversion.With the development of instruments miniaturization，and internal space is more and more smaller，to carry out miniaturization design of local oscillator synthesis circuits are essential.MAX2871 is an ultra-wideband phase-locked loop（PLL） with integrated voltage control oscilltors（VCO），capable of synthesizing frequencies from 23.5MHz to 6000MHz，satisfy handheld Radio Test Set requirements of the local oscillator frequency，reduced RF circuits area，achieving miniaturization of instrument design.

【Key words】Radio Test Set；MA2871；Transmitter；Receiver

0 引言

手持式無线电综测试仪能够测试无线电通信系统几乎所有的部分：发射机、接收机、连接电缆和天线。它的实现离不开射频信号上下变频所需的本振信号，传统的本振合成方案大概需要100个左右的分离器件，占用PCB面积约50mm×50mm，这样四个本振电路的面积就将达到200mm×50mm，这是手持式仪器电路设计所不能接受的。

MAX2871是MAXIM公司推出的一款高性能、集成压控振荡器（VCO）的超宽频带锁相环（PLL），配合外部参考时钟振荡器和环路滤波器，可产生23.5MHz～6000MHz频率范围的时钟，+3.0～+3.6V供电，兼容1.8V控制逻辑，且体积仅为5mm×5mm×0.75mm[1]。既可为手持式无线电综测仪上下变频通路提供所需的本振信号，又可降低本振合成电路面积，达到整机小型化、低功耗设计目的。

本文主要从MAX2871电路原理及寄存器设置、MAX2871在变频通路中的应用两个方面着重介绍MAX2871在手持式无线电综测试仪中的应用。

1 MAX2871电路原理及寄存器设置

MAX2871关键特性如下：

（1）输出频率范围：23.5MHz～6000MHz

（2）最大鉴相频率（PFD）：140MHz

（3）最大参考时钟频率：210MHz

（4）可编程输出功率：-4dBm～+5dBm

1.1 MAX2871电路原理设计

MAX2871射频输出端口支持双路差分输出，本设计中采用单路+单端+基频输出方式，未使用的另一输出端应该端接相应负载，并且和使用的输出端一样上拉至电源。没有使用的差分输出端口应直接连接到VCC_RF，同时在Register 4中将其设置为禁止输出。

无线电综测仪上下变频通路共需使用4个MAX2871，其硬件电路基本一致，只需在软件中设置不同频率的寄存器参数，便可输出相应频率的本振信号。以发射第二本振为例，MAX2871电路原理图如图1所示。

1.2 MAX2871相关寄存器参数设置

MAX2871需设置5个寄存器参数，设置顺序为0x05，0x04，0x03，0x

式中，为鉴相频率，为外部时钟参考，DBR为参考倍频模式选择，RDVI2为参考分频模式选择，R为分频比（1～1023）。本设计中MAX2871采用25MHz鉴相频率，则分别可得出DBR=0，R=2，RDVI2=1，然后在Register 2中设置好相应控制参数即可。

由于本设计采用单路+单端+基频输出方式，因此输出频率计算公式为：

式中，为输出频率，N为16位整数模（寄存器0控制），M为小数模（寄存器1控制，此处取最大值4095），F为小数分频比值（0～M-1，寄存器0控制）。若发射二本振频率为3115.5MHz，鉴相频率为25MHz，则N=124，F=0.62×M=2539，由此可得出相关寄存器的参数值，然后通过CPLD将寄存器参数写入MAX2871。

2 MAX2871在变频通路中的应用

2.1 发射通路上变频

无线电综测试仪发射通路采用超外差式发射机结构[2]，通过三级上变频的方式实现12.5MHz中频信号到2MHz～2700MHz发射信号的转换。12.5MHz中频信号由中频板DAC成型，经放大、滤波后，通过屏蔽线缆送入发射通路，作为第一中发射频。该第一发射中频与本振板上的100MHz第一发射本振混频产生87.5MHz第二发射中频。该第二发射中频与MAX2871提供的3115.5MHz第二发射本振混频，产生3203MHz第三发射中频。该第三发射中频与MAX2871提供的3205MHz～5903MHz第三发射本振混频，产生2MHz～2700MHz发射信号。发射通路三级上变频原理框图如图2所示。

2.2 接收通路下变频

无线电综测试仪接收通路采用超外差式接收机结构，通过三级变频的方式实现2MHz～2700MHz输入信号到10.7MHz固定中频信号的转换。为了避免镜像频率，第一次变频采用上变频技术：MAX2871产生的第一接收本振3207.7MHz～5905.7MHz与射频输入信号2MHz～2700MHz混频，产生3205.7MHz第一接收中频。该第一接收中频与MAX2871产生的第二接收本振3095MHz混频，产生110.7MHz第二接收中频。该第二接收中频与第三接收本振100MHz混频，产生10.7MHz中频。10.7MHz中频信号经滤波、放大后通过屏蔽电缆送入中频板进行信号分析[3]。接收通路三级下变频原理框图如图3所示：

2.3 MAX2871输出本振频率的选取

变频通路中本振频率及中频频率的选取尤为重要，不合适的本振频率及中频频率会导致信号合成源输出杂散频点及接收机剩余响应点的增加，降低发射机与接收机的整体性能。

由于混频器的射频输入与中频输出端的有限隔离，输入信号可能不经转换而直接泄露至后级通路，发射通路中最后一级滤波器为2.7GHz低通滤波器，为了减小本振及中频泄露杂散信号的幅度，发射本振频率及中频频率均应在2.7GHz低通滤波器带外，这样高于2.7GHz的本振信号及中频信号可被低通滤波器滤除，减小了第三本振及中频泄露所带来的杂散信号幅度。

剩余响应又称为残余响应，它是接收机的一项重要测试指标，是指接收机在没有任何外部信号输入的情况下，由于接收机自身多级变频本振的谐波、晶体振荡器的谐波互相混频产生，是一种不可避免的假响应，功率较大时会影响系统的动态范围[4]。

接收通路本振信号的各次谐波互相混频产生的中频信号落入中频滤波器带内，进而会在频谱分析仪中显示出来，因此在设计接收通路变频方案时，必须合理选择各级MAX2871输出本振的频率，尽可能减少剩余响应点数。可通过Matlab建模仿真的方法计算不同输出本振频率下所产生剩余响应的点数，然后再排除各级本振高次谐波（需根据实际情况进行取舍）的因素后，综合比较选取产生剩余响应点数少的本振频率作为接收变频通路的本振信号，再配合硬件电路所设计的滤波器，最终达到减小剩余响应点数及幅度的目的。

此外，过大的本振信号功率会导致混频器工作在非线性区，进而导致剩余响应幅度的增加。合理的本振输出功率也是减小剩余響应点的有效手段之一，本振输出功率可通过MAX2871的Register 4进行设置，确保本振的输出功率正常驱动混频器即可，不可过大[5]。

3 结束语

采用超宽频带、集成压控振荡器的锁相环MAX2871作为手持式无线电综测仪发射机与接收机变频通路的本振源，与传统本振合成方案相比，大大减小了射频电路面积、降低了整机功耗，为手持式无线电综测仪的实现提供良好的硬件基础。

【参考文献】

[1]MAX2871.pdf.https：//www.maximintegrated.com/cn/products/comms/wireless-rf/MAX2871.html.

[2]熊晶.基于认知无线电的射频发射前端关键技术研究[D].广州：华南理工大学，2014.

[3]刘荣庭.3GHz频谱分析仪射频通道设计[D].成都：电子科技大学，2013.

[4]邱康康.小型化频谱监测设备前端组件的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2014.

[5]张明岳，杜会文，杜以涛.一种信号分析仪剩余响应的抑制方法研究[J].电子世界，2016（07）：133-134.

[责任编辑：朱丽娜]