摘 要

本设计主要基于频率合成技术中的锁相环理论来设计微波信号源，核心元件为ADI公司的ADF4360-7集成芯片。本文首先对频率合成技术的发展和现状进行了分析，明确了设计目标。接着对锁相环的基本原理、模型、组成（电荷泵、鉴相器、压控振荡器、环路滤波器）、相位噪声等做了研究和深入分析。通过使用ADI公司的ADIsimPLL仿真软件，对ADF4360-7芯片的外围电路进行设计。本文对外围电路各模块作详细的原理分析，重点计算确定ADF4360-7芯片输出中心频率的电感值，并使用STC90C516RD 对ADF4360-7芯片的内部锁存器进行控制。使用Altium Designer绘制信号源系统的原理图，并生成对应的PCB版图，按照高频PCB布线理论及注意事项对版图进行了合理布线。本设计的测试结果为微波信号源系统可输出一个频率在1.188GHz的射频信号，输出的频率基本稳定，达到设计要求。

本设计的特色在于提供了一款价格低廉、便于携带、信号稳定、频段较高的微波信号源。

关键词：锁相环；环路滤波器；ADF4360-7；信号源

Abstract

The design is based on phase-locked loop frequency synthesis technology in theory to design microwave signal source. The core element of ADI's ADF4360-7 integrated chip is used. Firstly, the development and status of frequency synthesis technology are analyzed, and a clear design goal is known. Then the basic principle, model, composition (charge pump, phase detector, VCO, loop filter), phase noise of the PLL is deeply analyzed and studied . By using ADI's ADIsimPLL simulation software, the peripheral circuit of ADF4360-7 chip is designed. Peripheral circuits of each module are analyzed in detail according to principles, with emphases on the determination of the inductance value for ADF4360-7 chip at output center frequency, and the control of ADF4360-7 by chip internal latch of STC90C516RD . Use Altium Designer to draw the source system schematics and generate the corresponding PCB layout, according to the theory of high-frequency PCB layout and precautions on the territory of a reasonable cabling. The design of the test results for the microwave source system can output a frequency 1.188GHz, frequency output stable, meeting the design requirements.

Feature of this design is that it provides a low-cost, portable, stable signal, high frequency microwave signal source.

Key words: PLL; Loop Filter; ADF4360-7; Signal Source

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 频率合成技术发展及现状分析 1

1.3本文主要内容和文章结构 2

第2章 信号源基本电路与原理分析 5

2.1 锁相环的基本原理 5

2.2 锁相环模型 5

2.3 锁相环组成 6

2.3.1 鉴相器 6

2.3.2 电荷泵 8

2.3.3 环路滤波器 8

2.3.4 压控振荡器 10

2.4 锁相环相位噪声 11

第3章 基于ADF4360-7的信号源电路设计 13

3.1 ADF4360-7简介 13

3.1.1内部结构及芯片特性 13

3.1.2引脚结构 14

3.2 ADF4360-7外围电路 14

3.2.1 供电模块 15

3.2.2 有源晶振模块 16

3.2.3 C51芯片模块 17

3.2.4电感选频 17

3.2.5 环路滤波电路 18

3.2.6 锁定状态检测 18

3.2.7 射频输出 19

3.3信号源电路仿真 19

3.3.1控制信号仿真 19

3.3.2芯片外围电路仿真 21

3.4 信号源系统电路实现 23

第4章 电路测试与结果分析 26

4.1 电路测试 26

4.1.1焊接 26

4.1.2调试 26

4.2 结果分析 27

第5章 总结与展望 29

5.1 总结 29

5.2 展望 29

参考文献 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

信号源是提供符合一定技术要求的电子设备，作为雷达、实验教学、仪器仪表等系统的核心仪器或重要组成部分^[1]。信号源可以作为调制器为雷达发射设备提供载频信号，作为混频器为雷达接收设备提供本振信号^[2]。信号源还可以在测试仪器中，作为单独的标准信号源使用。然而，信号源的市场价格比较高，尤其到了微波频段（300MHz以上），价格非常昂贵。例如像安捷伦公司生产的N9310A信号源可产生9KHz-3GHz的信号，价格为8600美元，十分昂贵。即使是资金实力雄厚的高校，在微波射频实验教学过程中，也不会大量配置。因此，开发一种频段较高、价格低廉、操作简单且便携的信号源，提供给高校实验教学等相关应用，具有非常重要的使用价值。

1.2 频率合成技术发展及现状分析

信号源的设计离不开频率合成技术。频率合成技术是指通过频域线性运算将一个标准参考信号源变换为得到稳定度和精确度都很高的频率信号的技术^[3]。在20世纪三十年代，频率合成技术开始出现。经过这几十年发展，频率合成技术的电路集成度越来越高，规模趋于小型化，而成本却在不断下降。信号源向来有现代通讯系统的心脏之称，信号源是组成电子系统性能指标的关键设备。最早的通信系统实现特定频道的通信或者频道间的切换，采用的方法往往是调谐，调谐这种方式会大大的限制通信质量的提高。而采用频率合成技术后，大大提高了通信的质量，因此使频率合成技术得以在众多领域得到了广泛应用。例如频率合成技术在通信、雷达和导航等设备中^[1,4]，信号源作为发射机的信号激励源，又作为接收机的本地振荡器；频率合成技术在电子对抗设备中，信号源是干扰信号发生器；频率合成技术在测试设备中，信号源又作为标准信号源。

经过几十年发展，频率合成技术不断完善，出现了直接频率合成技术、锁相频率合成技术和直接数字频率合成技术三种技术。