[征文+原创]ADF4350使用总结

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ADF4350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。
1.
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（Xilinx V5FX70T）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

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。
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1 ADF4350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4 RF输出匹配2图
2. 测试过程
2.1 测试平台如图5所示。
5.2.2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7 FPGA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/Hz 1KHz

EvelynZhang

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071578

学习学习。哈哈                                                                                                                                                                       

ADI_Yu

谢谢 前段时间就可能准备用                                                                                                                                                                       

clizhi

学习学习，，非常感谢啊 这么好的东西                                                                                                                                                                       

zhb0420

很好的经验介绍