摘 要

频率合成器是利用综合的方法由给定的参考频率来产生一系列人们需要的频率的设备，为了提高频率稳定度和频率范围，通常我们会采用频率合成技术，它的原理直白点说就是对参考频率进行简单的算术运算后就可以得到一系列大量的与参考频率一样具有高稳定度和准确度的频率信号。

频率合成器是现在许多电子系统中的核心部件，也是现代通信系统中不可或缺的组成部分，它广泛应用于军事、医疗设备、雷达、通信、数字电视等领域。其中，锁相式频率合成器又是现在最常用性能较好的一种频率合成器，因为它产生的频率信号和参考频率一样，具有高稳定度和准确度，我们通常将它作为射频电路中收发机的振荡信号源。

ADF4351芯片是由亚诺德半导体公司生产的一款集成了低相噪压控振荡器的宽频带锁相环频率合成芯片。本文简单描述了锁相环频率合成器的组成以及各部分的作用，较详细地介绍了ADF4351芯片内部的功能框图，参考了该芯片的数据手册后理解了ADF4351锁相环频率合成器的基本工作原理，并以该芯片为核心设计了硬件电路的各个模块，然后通过编写相关单片机控制程序，来得到35MHz--4.4GHz范围内的单频点频率信号。本次设计我还采用了ADIsimPLL软件快速设计出了锁相环路匹配的环路滤波器，整体上对设计一个基于ADF4351的锁相环频率合成器有了明确的思路和方法。

关键词：频率合成器；锁相环；ADF4351

Abstract

The frequency synthesizer is the device that produces a series of standard frequency signal from one or more reference frequencies,its basic idea is to use integrated or synthetic methods to improve frequency stability and frequency range.Frequency synthesis technology will be adopted,through operating on the reference frequency of addition,subtraction, multiplication and division it can generate a series of frequency signal with high stability and accuracy from the standard frequency source.

Frequency synthesizer is the core component in many electronic systems,it is also an important part of modern communication system, and it has a wide range of applications in radar, communication, digital television, medical equipment and other fields. Since phase-locked frequency synthesizer can produce a large number of reference frequency source with the same accuracy and stability of discrete frequency signal, it can be used as a transmitter and receiver of the local oscillator signal source, It is also an extremely important component section of the radio-frequency circuit.

ADF4351 is a built-in low phase noise VCO broadband phase locked loop frequency synthesizer,which is introduced by ADI company.This paper describes the internal structure of the chip ADF4351.First,the basic principles and operating characteristics of ADF4351 PLL frequency synthesizer are analyzed and discussed , then by debugging the hardware circuit and writing a CPU control program to achieve an output range of 35MHz - 4.4GHz single source of signal frequencies as well as low spurious and low phase noise.This design also uses ADIsimPLL software simulation loop filter design,and presents a method to realize the good performance of frequency source.

Key Words：Frequency Synthesizer，Phase Locked Loop，ADF4351

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 频率合成技术的发展 1

1.3 本论文的主要工作 3

第2章 ADF4351频率合成器设计原理 4

2.1 频率合成器的主要技术指标 4

2.2 锁相环频率合成器 4

2.3 ADF4351芯片简介 5

2.4 控制芯片的选择 9

第3章 频率合成器的设计 10

3.1 频率合成器参数设计 10

3.2 环路滤波器仿真设计 11

3.3 硬件电路设计 13

3.3.1 ADF4351模块 13

3.3.2 电源电路 14

3.3.3 控制电路 15

3.3.4 USB接口电路 16

3.3.5 SWD接口电路 17

3.3.6 TFT-LCD触摸屏接口电路 17

3.4 系统软件设计 20

3.4.1 软件开发环境 20

3.4.2 系统软件程序实现 22

第4章 结果分析 26

第5章 结论 30

参考文献 31

附 录 32

致 谢 40

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

频率源是射频系统中极其重要的部分，许多电路都需要信号源才能工作。21世纪已经进入一个高端信息数字化科技化的阶段了，现代通信技术的发展速度也越来越快，其中各种射频系统和电路中的频率发生器的性能慢慢地无法满足系统更多的需求了。因此，开发出性能更好、稳定性更强、操作更加灵活的频率源已经迫在眉睫了，这就需要相关的射频电子设计人员在这方面进行深入研究和探索。我们知道，通过晶体振荡器产生的振荡频率一般都具有很高的稳定性，但它产生的频率基本上是一个定值，频率不容易改变，因为它的频率调节范围极小，而LC振荡器相对而言就灵活得多，可以很容易改变振荡频率，但输出频率不稳定且噪声较多。在现代无线通信系统中，接受和发射信号是多频点的，为了提高信号源的频率稳定度和频率范围，这个时候频率合成技术就派上用场了，该技术的原理通俗来说很简单，就是对一个给定的参考频率进行简单的四则运算，然后就可以得到一系列离散的频率信号，这些信号具有和参考频率一样的高稳定性而且输出的频率范围也大大扩展了。因此频率合成技术在设计频率源这一块得到了很多设计人员的青睐，广泛应用于高性能高稳定度的频率源的设计中。

利用频率合成技术产生系统需要频率信号的器件就是频率合成器，它在当代电子系统中占据着十分重要的地位，也在如今发展最前沿最迅速的高端信息行业中得到了普遍的运用，并且占有了很大的市场需求量。现在我们常用的一般都是锁相环式频率合成器，因为它拥有十分良好的窄带滤波特性，频谱纯度高，而且可以利用微处理器来控制输出不同的频率。它的基本思想是锁相环能够跟踪信号相位并不断调整控制信号直到锁定输出频率。于是本文在锁相环式频率合成器应用需求广泛的大前提下，为了满足无线通信系统对信号源更加严格的要求，尝试研究一种基于ADF4351芯片频率合成器的设计方法。

1.2 频率合成技术的发展

大约在七十年代，产生了一种新的无线电技术，它能够锁定相位、稳定信号源的频率，还可以依据特定条件得到我们所需要的不同频率，这就是频率合成技术。迄今为止，我们已经掌握的频率合成技术有以下四种：模拟频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字式频率合成技术和混合式频率合成技术^[1]。