vhf跳頻臺頻合設(shè)計

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1、超短波跳頻電臺頻率合成器設(shè)計徐建斌,尹鎖柱(桂林電子科技大學(xué),廣西　桂林　541004)摘　要:針對超短波電臺對頻率合成器所提出的指標要求,設(shè)計了合成器的實現(xiàn)方案,并依據(jù)方案軟硬結(jié)合實現(xiàn)了一套頻率合成器。方案中采用了基于∑-△調(diào)制的小數(shù)分頻技術(shù),既實現(xiàn)了很小的頻率分辨率又消除了因小數(shù)分頻而引起的雜散。實驗結(jié)果表明,其雜散小于-70dBc,鎖定時間小于150us,頻率間隔為25kHz,這些性能可以滿足超短波跳頻電臺的指標要求。關(guān)鍵詞:超短波;整數(shù)分頻鎖相環(huán);小數(shù)分頻鎖相環(huán);∑-△調(diào)制;頻率合成器一、引言作為電臺的核心部件,頻率合成器的各項技

2、術(shù)指標直接影響到電臺的整機性能指標。卓越性能的電臺必須具備卓越性能的頻率合成器,所以很有必要研制出一個低相位噪聲、低雜散、小頻率間隔及快速轉(zhuǎn)換時間的頻率合成器。超短波跳頻電臺的工作頻率范圍為30～108MHz,要求的跳頻間隔為25kHz,頻率跳變速率為609跳/秒。按工程設(shè)計中合成器的鎖定時間占電臺頻率跳變時間的10%計算,則合成器的頻率鎖定時間必須小于165us。當采用鎖相頻率合成方式時,要減小頻率鎖定時間就要盡量增大鑒相頻率。當采用大的鑒相頻率時,要保證25kHz的跳頻間隔就得采用小數(shù)分頻頻率合成技術(shù)。但小數(shù)分頻存在很大的小數(shù)雜散,大

3、大降低了頻譜純度。目前,基于∑-△調(diào)制技術(shù)的小數(shù)分頻技術(shù)的出現(xiàn),使得小數(shù)雜散在理論上可以完全消除?！?△調(diào)制的工作原理為:在對信號進行過取樣后，噪聲功率頻譜幅度降低，并通過一個對輸入呈低通對噪聲呈高通的噪聲整型器,將噪聲功率的絕大部分移到信號頻帶之外,而采用過取樣移出的噪聲不會與信號頻譜混疊,從而可通過簡單的濾波有效地抑制噪聲。二、頻率合成器的方案設(shè)計為了易于對信號的調(diào)制與解調(diào),信號不是直接在30～108MHz射頻上調(diào)制解調(diào),而是在指定的某個中頻上實現(xiàn)。超短波電臺發(fā)射與接收的框圖如圖1所示。發(fā)射與接收都是采用兩級混頻的方式,信號的調(diào)制與解

4、調(diào)都在384kHz的第一中頻上進行。384kHz的第一中頻及混頻處理都是在電臺的其它模塊實現(xiàn),故本頻率合成器要求提供的為以下兩路本振信號:(1)第一本振為124.416MHz的定頻。(2)第二本振為154.8～232.8MHz的變頻。(a)VHF發(fā)射(b)VHF接收圖1　超短波電臺發(fā)射與接收框圖由于需要產(chǎn)生的頻率較高,而信道間隔的要求較低,所以采用基于∑-△調(diào)制的小數(shù)分頻的方案來實現(xiàn)。經(jīng)過對比,最后選擇了基于∑-△調(diào)制的小數(shù)分頻芯片LMX2485E來實現(xiàn)。LMX2485E除了一路∑-△小數(shù)分頻鎖相環(huán)外,還具有一路輔助整數(shù)分頻鎖相環(huán)。整數(shù)分

5、頻鎖相環(huán)又稱IF鎖相環(huán),其工作頻率范圍為75～800MHz,參考分頻比可在3～4095間變化,可編程分頻比可在24～262143間變化。對于給定的一參考頻率,可以通過對參考分頻比和可編程分頻比進行編程,使輸出頻率為124.416MHz。另外一路∑-△小數(shù)分頻鎖相環(huán)又稱RF鎖相環(huán),其工作頻率范圍為50～3000MHz,可選擇12比特或22比特小數(shù)分頻方式?！?△調(diào)制的階數(shù)最高為四階,可以通過編程來選擇最佳的調(diào)制階數(shù)來滿足相位噪聲、雜散和鎖定時間的要求。為了減小頻率轉(zhuǎn)換時間,控制芯片采用Actel公司閃存系列FPGA芯片APA075-100。

6、為了提高數(shù)據(jù)處理能力,除FPGA芯片外,在電路中還采用了ATMEL公司的單片機AT89C51ED2。AT89C51ED2具有64K字節(jié)FLASH和2KRAM,并且支持JTAG口在線編程。系統(tǒng)原理如圖2所示。從控制單元來的包含頻率信息的IWO、ICB、ISP串行數(shù)據(jù)經(jīng)過FPGA串并轉(zhuǎn)換后送到單片機進行計算處理。每個頻率點對應(yīng)六個字節(jié)的頻率字,因而所有頻率點的頻率字都可以存放在單片機的FLASH中。單片機可以通過直接計算的方法得出LMX2485E的頻率控制字,也可以人為計算出各個頻率點對應(yīng)的頻率字,做成一張表存儲在單片機的FLASH中,通過查

7、表的方式找出需要輸出頻率的頻率字。對比兩種方法,后一種方法省去了計算的過程,能夠有效地減小頻率轉(zhuǎn)換時間。對于超短波電臺,它要求的跳頻速率為609跳/秒,對頻率轉(zhuǎn)換時間的要求較高,因此采用后一種方法很是必要。事實上,其信道間隔為25kHz,具有3120個頻率點,每個頻率點對應(yīng)6個字節(jié)的頻率字，因而，所有的頻率點的頻率字都可以存放在單片機中的FLASH中。圖2　系統(tǒng)原理方框圖頻率合成器的最重要的特點是其合成的頻率與參考時鐘具有相同的精度和穩(wěn)定度。本合率穩(wěn)定度要求小于0.5ppm,一般的晶體振蕩器很難達到此要求,因此采用了定制的36MHz數(shù)字溫

8、補晶振作為參考時鐘輸入。36MHz的溫補晶振作為FPGA的參考時鐘輸入,FPGA將36MHz四分頻,分頻后的信號作為LMX2485E的參考時鐘。三、測試結(jié)果與分析LMX2485E的參考時鐘為9