adf4350编程使用总结 - adf4350编程使用总结（adf4350引脚功能及应用电路）

　　adf4350编程使用总结

　　近来项目中使用了ADI公司的ADF4350芯片来产生3.45GHz的本振信号。调试中也遇到了一些问题，现在跟大家分享一下设计的过程和调试经历。

　　一、设计原理

　　锁相环的基本原理，相信大家都很熟悉，在此就不陈述了。设计中使用10MHz晶振或者信号源做为参考输入，差分3.45GHz输出。采用小数分频模式，低噪声模式，鉴相器频率为20MHz（芯片内部将输入时钟倍频），环路滤波器带宽为100KHz，分频比172.5。设计中使用FPGA（XilinxV5FX70T）来进行SPI配置。

　　另外，设计时将LD管脚连接上一个LED灯，程序中配置成模拟锁定，来观察锁相环是否锁定。相关的verilog配置程序在附件中［hide］［/hide］。

　　寄存器配置的数据为：

　　Regisiter5：

　　32‘h00C00005;

　　Regisiter4：

　　32’h000803FC;

　　Regisiter3：

　　32‘h000101B3;

　　Regisiter2：

　　32’h06005E42;

　　Regisiter1：

　　32‘h0800FD01;

　　Regisiter0：

　　32’h00563E80;

　　锁相环原理图设计主要包括电源电路设计，FPGA输入信号电路设计，管脚去藕设计，外接环路滤波器设计，输出电路匹配设计，具体电路图见图1。

　　图1ADF4350外围电路图

　　1.1管脚去藕设计：

　　由于PLL电源和电荷泵电源质量要求比较高，所以电源要具有良好的退耦，相比之下，电荷泵的电源具有更加严格的要求。具体实现如下：

　　在电源引脚出依次放置0.1µF，0.01µF，100pF的电容。最大限度滤除电源线上的干扰。大电容的等效串联电阻往往较大，而且对高频噪声的滤波效果较差，高频噪声的抑制需要用小容值的电容。如图2可以看到，随着频率的升高，经过一定的转折频率后，电容开始呈现电感的特性。不同的电容值，其转折频率往往不同，电容越大，转折频率越低，其滤除高频信号的能力越差。

　　图2电容阻抗特性分析

　　1.2环路滤波器设计

　　环路滤波器使用ADI公司的ADIsimPLL来设计，使用的是无源低通滤波器，带宽100KHz（如图3）。图中电容器C1来自电荷泵（ADF4350的CP引脚的脉冲转化为直流电压，但是根据对开环传递函数分析，它存在一个二阶极点，会引起环路的不稳定。所以引入了R1和C2稳定环路。它给直流控制电压带来的纹波干扰，可由C3滤除。

　　图3环路滤波器原理图

　　1.3输出电路匹配

　　输出电路采用datasheet建议的匹配电路来实现（如图4）。

　　图4RF输出匹配2图

　　二、测试过程

　　2.1测试平台如图5所示。

　　2.2测试步骤

　　1、检查电路焊接无误，上电查看电流在正常值范围，电路中电压测量正常。

　　2、为了测试外接晶振性能，先使用信号源产生20MHz的时钟输入信号接到CLK管脚。再接上信号源、频谱仪，用FPGA将配置信息下载到PLL，PLL输出随每次通断电结果时有时无，有输出时频率也不对。

　　图5测试平台

　　3、检查电路连接，发现FPGA和PLL没有共地，共地后测试，仍然没有结果，此时电流在80mA左右，datasheet上查看正常工作时电流在140mA左右。

　　4、分析：有几次信号输出，说明电路能够正常工作，主要可能是配置数据不正确或者没有配置下去。

　　5、将这些电容拿掉，重新配置，结果还是不对，是否是SPI配置速度太快，PLL芯片来不及响应，当前配置速度为10MHz，虽然PLL的datasheet上说明配置速度最高可以支持到20MHz，但也只是给出了最大值，没有典型值，决定将速度改低试试。

　　6、将速度改为1M，重新配置，结果还是不对，使用逻辑分析仪抓取PLL这边SPI数据。

　　7、再次使用逻辑分析仪抓取PLL这边SPI数据。发现在数据和LE上有很多毛刺，持续时间达到100ns，PLL的datasheet显示LE引脚只要持续高电平20ns即可将数据锁存进PLL，毛刺会干扰数据锁存。

　　图6配置数据抓取结果

　　11、在DATA，SCLK管脚上焊接并联到地的电容，另外在LE引脚也加上并联到地的电容，以滤除毛刺（如图）。重新配置，此时抓取的波形显示已没有毛刺（如图8），但是依然无法锁定。

　　图7FPGA与ADF4350控制接入图示

　　图8配置数据抓取结果

　　12、重新焊接环路滤波器，锁定，LED灯亮，输出3.45GHz信号。测试的相位噪声结果如下：10KHz的相位噪声如图9所示

　　-76.09dBc/Hz1KHzoffset@3.45GHz

　　-87.50dBc/Hz10KHzoffset@3.45GHz

　　图［font=Verdana］9

　　10KHzoffset@3.45GHz相位噪声

　　三、测试中的注意事项

　　测试中还遇到了一些其它的问题，在此不一一详述，现在分享下总结的测试步骤及问题总结。

　　1.检查电路连接无误，排除短路等一些问题。

　　2.上电，测试电源电压，电流是否正确，参考时钟有无输出。

　　3.先把ADF4350板子上电，然后进行SPI配置。要注意上电顺序相当重要，如果ADF4350和FPGA同时供电，可在程序上作一定的延时来避免同时上电。如果配置没有结果，可以通过逻辑分析仪来抓取配置数据，分析程序是否正确。如果配置数据无问题，可以在clk，data，le管脚并联10K的电阻来保证数据能下进ADF4350。

　　4.如果配置数据没有问题，输出锁定的频率不正确，很大的可能是环路滤波器焊接的问题，根据调试经验，这种情况下，大部分都能通过重新焊接来锁定。

　　5.因为小数分频杂散比较大，所以可以选择整数分频模式。调试中也进行了相关的实验，影响不是很大，大家也可以做相关的实验。

　　6.参考时钟的信号质量对芯片的时钟输出质量影响很大，所以尽量选用质量好的时钟源。

　　7.环路滤波器的带宽选择，测试最终选择了100KHz的环路带宽，测试中也尝试了更低的环路带宽，比如50KHz，但是影响锁定时间或者无法锁定。