基于单片机和LMX2485的微波信号源发生器的设计

　　随着微波应用的发展， 微波信号源在通信或仪器中得到了广泛的应用。信号源的合成技术按合成方法可分为直接合成和间接合成两种， 按形式可分为直接式频率合成、锁相式频率合成和直接数字式频率合成。直接式频率合成的特点是频率转换时间短、输出相位噪声小、工作频率高， 并能产生任意小的频率间隔; 缺点是采用了大量倍频、分频、混频和选频滤波器， 不仅体积重量大、成本高， 而且输出纹波、噪声和寄生频率均难以抑制。锁相式频率合成主要采用数字锁相法， 其主要优点是锁相环相当于一个窄带跟踪滤波器， 具有良好的窄带跟踪滤波特性和抑制输入信号的寄生干扰的能力， 避免了大量使用滤波器， 有利于集成化和小型化。直接数字式频率合成的优点是分辨率高、容易做到极低的频率、控制灵活等， 但它面临输出频率上限难以提高和寄生输出难以抑制两个难题。因此， 对于微波、毫米波信号源的合成应主要采用数字锁相方式， 并基于大规模专用集成芯片来设计。本文提出一种用单片机控制的智能微波信号源发生器， 以美国国家半导体公司的低功耗、高性能的δ-Σ小数分频数字锁相环电路LMX2485和YTO为核心， 并通过单片机C8051F120 控制。应用该电路产生4~7 GHz 的频率源， 再通过倍频器实现8~14 GHz 应用所需的信号。应用这种方法实现的微波信号源发生器成本低、体积小、性能好， 具有很高的实用价值。

　　1 LMX2485 功能介绍

　　LMX2485 是美国国家半导体公司的一款低功率、高性能的δ-Σ小数分频数字锁相环电路， 其频率范围可达50 MHz~3 GHz 。采用全新δ-Σ结构， 可以将其低频段的杂散和相位噪声推移到更高频段， 从而使得电路所需频段的杂散和噪声更小 。δ -Σ调制器可供四级选用， 可以兼顾应用的不同需要， 如对相位噪音、假信号抑制能力以及锁定时间的要求， 确保系统可以充分发挥其性能。开发时只需加设极少低成本的外置元件， 有助于缩短设计时间， 减低系统成本。其工作原理如图1 所示，输出频率f0经小数分频(÷N.F) 后得到参考频率f1， 鉴相器通过比较f1和参考频率的相位， 控制输出鉴相电流或电压， 通过低通滤波后控制压控振荡器改变输出频率，最终达到两者相位相同即锁定， 由此得到f0/N.F=f1=fref，即输出频率， 如式(1) 所示。通过单片机控制N.F， 就可以得到用户需要使用的频率。

图1 小数分频数字锁相环原理框图

　　2 系统方案设计

　　系统设计要求信号源产生8~14 GHz 的微波源， 频率分辨率为100 Hz 。采用LMX2485 小数分频数字锁相环， 外置调谐振荡器采用YTO(YIG 调谐振荡器)，YTO 具有很宽的频率调谐范围、良好的调谐线性、低相噪、温度特性好、失谐隔离高、调谐速度快， 因此得到广泛运用。