基于单片机和LMX2485的微波信号源发生器的设计

2.2 数字鉴相器

鉴相器集成在LMX2485芯片内部，采用小数分频，最大鉴相频率限于50 MHz，实际使用20 MHz。设计鉴相频率需要折中考虑，如果鉴相频率太高，虽然相位噪声可以降低，但锁定时间会延长很大，同时频率分辨率性能降低。鉴相器电路后是充电泵，其输出为高阻电流，经过外置滤波电路输出频率控制信号，再经过YTO驱动电路驱动YTO产生所需频率。芯片内有一数字锁定检测电路和检测算法，当检测到环路锁定时，输出锁定指示为1。

2.3 YTO及驱动

YTO由于具有比VCO更好的性能因此在微波仪器中得到广泛的应用。YTO内部具有主副线圈，相应地外部需要主线圈驱动电路和副线圈驱动电路，主线圈引起频率的大范围变化，副线圈带动频率的微小变化，从而获得更好的性能。主线圈驱动电路的控制电压由单片机按式(3)计算出相应的电压，再通过DAC7545进行设置，式中k、f0是常量，由YTO特性确定。

f=kV+f0          (3)

YTO的副线圈是为了YTO输出频率的微小变动，因此副线圈控制电压由鉴相器输出的两路频率相位差值再通过环路滤波后的电压来控制，从而达到输出信号源的频率和参考晶振频率有固定的相位关系，也即使得锁相环锁定在固定的频率上。

3 硬件设计

信号源发生器硬件系统主要包括单片机控制系统和锁相环系统两部分。

3.1 单片机控制系统

单片机主要实现人机接口和锁相环控制，采用C8051F120，其内核为100 MIPS的8051微控制器。通过SPI接口和人机接口芯片ZLG7289获得输入的频率值，按照该频率值计算锁相环LMX2485对应的寄存器值，然后使用IO管脚按照图3所示时序进行LMX2485的三线配置，LMX2485自动进行锁相跟踪，最终锁定于设置的频率值。频率值及锁定结果通过ZLG7289显示。

单片机针对输入的频率值计算YTO主线圈对应的控制电压，通过D/A芯片AD7545输出。AD7545是12 bit分辨率的单电压控制CMOS数模转换芯片，参考电压设为12 V，单片机通过并行接口即可方便地进行控制。YTO副线圈电压由锁相环的环路输出控制来实现。

人机交互电路主要实现信息的输入、数据显示及警示作用，采用ZLG7289实现，其内部包含数码管显示驱动及键盘扫描管理电路，可直接驱动8位共阴式数码管或64个独立LED，同时还可以扫描管理多达64个按键，采用SPI 串行总线与单片机接口。本系统频率最大为14 GHz，因此采用两个ZLG7289并接实现。

3.2 锁相环电路

锁相环、四分频等部分电路如图4所示，LMX2485通过三线和单片机相连，参考频率由高稳温补晶振提供。YTO输出频率通过四分频电路HMC433进行四分频后进入LMX2485的射频输入。两路信号通过内部鉴相器鉴相，充电泵输出后，再通过外部环路低通滤波器和运算放大器OP07去控制YTO小线圈驱动。

具体实现时，由于工作频率较高，电路板需要四层以上。

作者：袁三男 王绍徐   来源：21IC电子网