adf4350編程使用總結

　　近來項目中使用了ADI公司的ADF4350芯片來產(chǎn)生3.45GHz的本振信號。調試中也遇到了一些問題，現(xiàn)在跟大家分享一下設計的過程和調試經(jīng)歷。

　　一、設計原理

　　鎖相環(huán)的基本原理，相信大家都很熟悉，在此就不陳述了。設計中使用10MHz晶振或者信號源做為參考輸入，差分3.45GHz輸出。采用小數(shù)分頻模式，低噪聲模式，鑒相器頻率為20MHz（芯片內部將輸入時鐘倍頻），環(huán)路濾波器帶寬為100KHz，分頻比172.5。設計中使用FPGA（XilinxV5FX70T）來進行SPI配置。

　　另外，設計時將LD管腳連接上一個LED燈，程序中配置成模擬鎖定，來觀察鎖相環(huán)是否鎖定。相關的verilog配置程序在附件中［hide］［/hide］。

　　寄存器配置的數(shù)據(jù)為：

　　Regisiter5：

　　32‘h00C00005;

　　Regisiter4：

　　32’h000803FC;

　　Regisiter3：

　　32‘h000101B3;

　　Regisiter2：

　　32’h06005E42;

　　Regisiter1：

　　32‘h0800FD01;

　　Regisiter0：

　　32’h00563E80;

　　鎖相環(huán)原理圖設計主要包括電源電路設計，F(xiàn)PGA輸入信號電路設計，管腳去藕設計，外接環(huán)路濾波器設計，輸出電路匹配設計，具體電路圖見圖1。

　　圖1ADF4350外圍電路圖

　　1.1管腳去藕設計：

　　由于PLL電源和電荷泵電源質量要求比較高，所以電源要具有良好的退耦，相比之下，電荷泵的電源具有更加嚴格的要求。具體實現(xiàn)如下：

　　在電源引腳出依次放置0.1μF，0.01μF，100pF的電容。最大限度濾除電源線上的干擾。大電容的等效串聯(lián)電阻往往較大，而且對高頻噪聲的濾波效果較差，高頻噪聲的抑制需要用小容值的電容。如圖2可以看到，隨著頻率的升高，經(jīng)過一定的轉折頻率后，電容開始呈現(xiàn)電感的特性。不同的電容值，其轉折頻率往往不同，電容越大，轉折頻率越低，其濾除高頻信號的能力越差。

　　圖2電容阻抗特性分析

　　1.2環(huán)路濾波器設計

　　環(huán)路濾波器使用ADI公司的ADIsimPLL來設計，使用的是無源低通濾波器，帶寬100KHz（如圖3）。圖中電容器C1來自電荷泵（ADF4350的CP引腳的脈沖轉化為直流電壓，但是根據(jù)對開環(huán)傳遞函數(shù)分析，它存在一個二階極點，會引起環(huán)路的不穩(wěn)定。所以引入了R1和C2穩(wěn)定環(huán)路。它給直流控制電壓帶來的紋波干擾，可由C3濾除。

　　圖3環(huán)路濾波器原理圖

　　1.3輸出電路匹配

　　輸出電路采用datasheet建議的匹配電路來實現(xiàn)（如圖4）。

　　圖4RF輸出匹配2圖

　　二、測試過程

　　2.1測試平臺如圖5所示。

　　2.2測試步驟

　　1、檢查電路焊接無誤，上電查看電流在正常值范圍，電路中電壓測量正常。

　　2、為了測試外接晶振性能，先使用信號源產(chǎn)生20MHz的時鐘輸入信號接到CLK管腳。再接上信號源、頻譜儀，用FPGA將配置信息下載到PLL，PLL輸出隨每次通斷電結果時有時無，有輸出時頻率也不對。

　　圖5測試平臺

　　3、檢查電路連接，發(fā)現(xiàn)FPGA和PLL沒有共地，共地后測試，仍然沒有結果，此時電流在80mA左右，datasheet上查看正常工作時電流在140mA左右。

　　4、分析：有幾次信號輸出，說明電路能夠正常工作，主要可能是配置數(shù)據(jù)不正確或者沒有配置下去。

　　5、將這些電容拿掉，重新配置，結果還是不對，是否是SPI配置速度太快，PLL芯片來不及響應，當前配置速度為10MHz，雖然PLL的datasheet上說明配置速度最高可以支持到20MHz，但也只是給出了最大值，沒有典型值，決定將速度改低試試。

　　6、將速度改為1M，重新配置，結果還是不對，使用邏輯分析儀抓取PLL這邊SPI數(shù)據(jù)。

　　7、再次使用邏輯分析儀抓取PLL這邊SPI數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)和LE上有很多毛刺，持續(xù)時間達到100ns，PLL的datasheet顯示LE引腳只要持續(xù)高電平20ns即可將數(shù)據(jù)鎖存進PLL，毛刺會干擾數(shù)據(jù)鎖存。

　　圖6配置數(shù)據(jù)抓取結果

　　11、在DATA，SCLK管腳上焊接并聯(lián)到地的電容，另外在LE引腳也加上并聯(lián)到地的電容，以濾除毛刺（如圖）。重新配置，此時抓取的波形顯示已沒有毛刺（如圖8），但是依然無法鎖定。

　　圖7FPGA與ADF4350控制接入圖示

　　圖8配置數(shù)據(jù)抓取結果

　　12、重新焊接環(huán)路濾波器，鎖定，LED燈亮，輸出3.45GHz信號。測試的相位噪聲結果如下：10KHz的相位噪聲如圖9所示

　　-76.09dBc/Hz1KHzoffset@3.45GHz

　　-87.50dBc/Hz10KHzoffset@3.45GHz

　　圖［font=Verdana］9

　　10KHzoffset@3.45GHz相位噪聲

　　三、測試中的注意事項

　　測試中還遇到了一些其它的問題，在此不一一詳述，現(xiàn)在分享下總結的測試步驟及問題總結。

　　1.檢查電路連接無誤，排除短路等一些問題。

　　2.上電，測試電源電壓，電流是否正確，參考時鐘有無輸出。

　　3.先把ADF4350板子上電，然后進行SPI配置。要注意上電順序相當重要，如果ADF4350和FPGA同時供電，可在程序上作一定的延時來避免同時上電。如果配置沒有結果，可以通過邏輯分析儀來抓取配置數(shù)據(jù)，分析程序是否正確。如果配置數(shù)據(jù)無問題，可以在clk，data，le管腳并聯(lián)10K的電阻來保證數(shù)據(jù)能下進ADF4350。

　　4.如果配置數(shù)據(jù)沒有問題，輸出鎖定的頻率不正確，很大的可能是環(huán)路濾波器焊接的問題，根據(jù)調試經(jīng)驗，這種情況下，大部分都能通過重新焊接來鎖定。

　　5.因為小數(shù)分頻雜散比較大，所以可以選擇整數(shù)分頻模式。調試中也進行了相關的實驗，影響不是很大，大家也可以做相關的實驗。

　　6.參考時鐘的信號質量對芯片的時鐘輸出質量影響很大，所以盡量選用質量好的時鐘源。

　　7.環(huán)路濾波器的帶寬選擇，測試最終選擇了100KHz的環(huán)路帶寬，測試中也嘗試了更低的環(huán)路帶寬，比如50KHz，但是影響鎖定時間或者無法鎖定。