基于ADF4360-0的2.4 GHz射频信号源设计

摘要：在现代无线通信系统中，对数据的高速无线传输需求日益增加，而且无线路由器、蓝牙等技术也在生活中有着广泛的应用，故而对于2.4 GHz频段的信号源的需求越来越多。但是，除了一些在2.4 GHz频带产生信号的高端信号发生器外，平常使用的信号源很少会涉及2.4 GHz这一频段，因此，为满足科学和教育的需要，设计和研发了一款便宜可靠的2.4 GHz射频信号发生器，并对其实现与仿真进行了介绍。

关键词：2.4 GHz;射频信号源;压控振荡器

0    引言

在电子通信系统中，如果想实现更大的带宽，我们只能通过使用更高的载波频率来满足要求。在无线通信中，需要使用天线来发送和接收信号，工作频率越高，天线的尺寸就越小，满足了小型化的通信要求。由于整体趋势是朝着宽频率覆盖、高精度、多功能以及自动化和智能化的方向发展，当今电子领域更多的电子通信系统使用更高频率的射频，这促进了丰富的射频应用，并带动了射频技术的进一步发展[1]。

1    相关原理概述

压控振荡器（VCO）的定义为输出频率对应于输入控制电压的振荡电路，其在无线测量仪器和通信系统电路中使用广泛。VCO作为锁相环电路和时钟恢复电路的主要组成部分，其性能可以直接影响到频率源的性能，这又决定了整个系统输出信号的稳定性、噪声特性和谐波抑制特性。正是由于这些因素，VCO在电子通信技术领域发挥着重要作用。因其具有电子调谐、紧凑、低功耗和高可靠性等优点，关于VCO的研究很多。近年来，随着集成电路的快速发展，VCO的设计和实现逐渐融入其中，集成式VCO使用方便、性能稳定[2]。

2    关于ADF4360-0的介绍

在ADF4360系列锁相环中，我们需要在芯片ADF4360-7和ADF4360-8的外部去设置两个电感，作用是方便确定VCO所处频段，这个操作步骤就相当于从芯片中将VCO的电感移除。两个0603电感不占用太多的体积，但有两点需要注意：一是电感和ADF4360芯片之间以及接地层之间的连接必须尽可能短，并且电感必须使用线绕测试（例如使用Coilcraft 0603CS系列的射频电感，如果使用普通的堆叠电感，则VCO不会振动）;那么，ADF4360的每个电源引脚必须分别用102和104的陶瓷电容去耦，这就成为了另一个问题。

在硬件电路设计之前，需要仔细确定原理图参数和各个元件，原理图可以直接复制ADF4360应用笔记，当然在引脚附近还应该加上相应的去耦电容，为保证电源的稳定性，MIC5527和MIC5565LDO低噪声控制可用于提供电源。需要注意的是，电源纹波过大且功率集中在特定频率点上会使AM寄生分量达到ADF4360的输出，对于这样的情况，我们必须采取方法做到完全消除。此外，需要根据元件参数确定ADF4360的参数，包括VCO电感（仅限ADF4360-7、ADF4360-8）和环路滤波器，这两个参数可以使用Applied Radio Labs提供的ADISimPLL仿真软件来确定。相位噪声是我们在使用仿真软件的时候，需要关注的一点。

3    电路设计

3.1    设计要求

本文中，我们所要设计的信号发生器，其频率的工作范围需要控制在2.3～2.6 GHz范围内[3]。因为只有将工作范围控制在此频率范围内，我们最终得到的电路，其输出才会是中心频率为2.4 GHz的等幅信号。因此，我们可以得到以下参数：电路的总输出相位噪声应当小于-100 dBc/Hz，并且电路相位输出误差应当小于15°[4]。

3.2    电路的PCB设计

首先，为了便于焊接，在控制芯片封装时，芯片引脚的焊盘应比实际尺寸长0.5 mm和宽0.05 mm;其次，应尽可能在RF信号线、焊盘和芯片周围增加接地铜皮，并连接到主接地端。此外，为了减少时钟信号的干扰，可以对时钟线进行封装和处理;最后，在设计的过程中，为了减少信号反射，可以将ADF4360-0 RF的输出线阻抗设置为50 Ω[5]。

3.3    仿真結果

使用ADISimPLL对该电路进行仿真。

在计算环路滤波器的电阻和电容参数时，系统自动生成环路滤波器参数仿真原理图。通过对图中设备参数的分析可知，仿真结果满足我们设计的频率要求。通过时域环路滤波器的输出相位误差图可知，大约在1.75 ms后，可以满足设计要求，环路滤波器的输出相位误差为0。

图1中包括环路滤波器、芯片本身、内部VCO以及2.37 GHz处的总相位噪声与频率之间的关系。我们可以从图中清楚地看到，当频率大于1 MHz时，所有的相位噪声都处于-160 dBc/Hz附近，这就表明该设计符合我们之前的设计要求。

如图2所示，从图中我们可以明显看出，当频率超过10 kHz的时候，扫描信号发生器的输出保持恒幅信号不变，此时相位也保持不变，因为工作频率要求为2.4 GHz，这就表明该设计可以满足我们的设计要求[6]。

4    结语

在此设计中，ADF4360-0输出扫描信号的中心频率设置为2.4 GHz，由于通过常规方法生成RF信号源非常困难，因此设计扫频发生器与频率合成器ADF4360-0。通过仿真分析，我们可以得出结论：该设计可以满足我们的设计要求。

[参考文献]

[1] 樊秀云，张合敏.基于DDS的扫频信号发生器[J].山西电子技术，2002（5）：33-35.

[2] 沈伟，文必洋，马志刚，等.基于ADF4360-7的宽带雷达信号源设计[J].现代雷达，2006，28（8）：39-42.

[3] Integarted Synthesizer and VCO ADF4360-0.Pdf ANALOG DEVICES[Z].

[4] 陈景文.基于ADF4360_4锁相频率合成器的混频器本振源电路设计[J].电子元器件应用，2007，9（10）：27-29.

[5] 魏洪兴.嵌入式系统设计师教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

[6] ADSP-BF533 EZ-KIT LiteTM Evaluation System Manual， ANALOG DEVICES[Z].

收稿日期：2019-12-12

作者简介：陈肇南（1995—），男，安徽淮南人，安徽理工大学在读硕士，研究方向：电气工程。