CDMA手機(jī)中頻率合成器設(shè)計(jì)方案

一、引言

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，CDMA（Code Division Multiple Access）作為新一代的工作制式正得到廣泛的研究和應(yīng)用。在CDMA手機(jī)中，頻率合成器（Frequency Synthesizer）起著至關(guān)重要的作用，特別是在射頻前端上下變頻部分作為本振源，其性能直接影響到手機(jī)的通信質(zhì)量和穩(wěn)定性。本文將詳細(xì)討論CDMA手機(jī)中頻率合成器的設(shè)計(jì)方案，包括主控芯片型號的選擇、設(shè)計(jì)中的作用以及具體型號的分析。

二、頻率合成器的基本原理

頻率合成器主要由鎖相環(huán)路（PLL）構(gòu)成，鎖相環(huán)是一種相位負(fù)反饋系統(tǒng)，它利用環(huán)路的窄帶跟蹤與同步特性，將鑒相器一端壓控振蕩器（VCO）的輸出相位與另一端晶振參考的相位保持同步，實(shí)現(xiàn)鎖定輸出頻率的功能。

2.1 鎖相環(huán)的基本組成

鎖相環(huán)主要由以下幾個(gè)部分組成：

1. 參考源：提供高穩(wěn)定度的參考頻率信號。

2. 可變數(shù)字分頻器：對參考頻率信號進(jìn)行分頻。

3. 鑒相器：比較參考頻率信號和VCO輸出信號的相位差。

4. 環(huán)路濾波器：濾除鑒相器輸出信號中的高頻噪聲和干擾。

5. 壓控振蕩器（VCO）：根據(jù)鑒相器輸出的誤差信號調(diào)整輸出頻率。

2.2 鎖相環(huán)的工作原理

環(huán)路輸入信號是一個(gè)高穩(wěn)定度的參考源經(jīng)Rref次分頻后，頻率為fr的脈沖信號。它與壓控振蕩器的輸出經(jīng)N次分頻后得到頻率為fN的脈沖信號，在鑒相器進(jìn)行相位比較。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，壓控振蕩器輸出頻率fo=Nfr，改變分頻比N，就可以改變輸出頻率。

三、頻率合成器在CDMA手機(jī)中的作用

在CDMA手機(jī)中，頻率合成器的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 提供穩(wěn)定的本振信號：頻率合成器作為射頻前端上下變頻部分的本振源，需要提供穩(wěn)定、準(zhǔn)確的頻率信號，以保證手機(jī)在通信過程中的信號質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2. 支持多頻段和多模式：隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)需要支持多個(gè)頻段和多種通信模式，頻率合成器需要具備寬頻帶、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換的能力，以滿足不同頻段和模式的需求。

3. 降低相位噪聲和雜散干擾：相位噪聲和雜散干擾是影響手機(jī)通信質(zhì)量的重要因素，頻率合成器需要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和選用高性能元器件，降低相位噪聲和雜散干擾，提高通信質(zhì)量。

四、主控芯片型號的選擇

在選擇頻率合成器的主控芯片時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，包括相位噪聲、體積、功耗、價(jià)格以及集成度等。以下是一些常用的主控芯片型號及其特點(diǎn)：

4.1 LM2332

LM2332是國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款高性能PLL芯片，適用于CDMA手機(jī)中的頻率合成器。其主要特點(diǎn)包括：

• 低相位噪聲：LM2332具有較低的相位噪聲，能夠滿足CDMA手機(jī)對頻率合成器的高要求。

• 寬頻帶：LM2332支持較寬的頻率范圍，適用于不同頻段和模式的需求。

• 低功耗：LM2332功耗較低，有助于延長手機(jī)的電池壽命。

• 易于集成：LM2332具有較高的集成度，便于與其他元器件集成在一起，減小電路板的體積。

4.2 ADF4118

ADF4118是Analog Devices公司生產(chǎn)的一款可編程PLL芯片，適用于多種無線通信應(yīng)用，包括CDMA手機(jī)。其主要特點(diǎn)包括：

• 高分辨率：ADF4118具有高分辨率的頻率合成能力，能夠滿足CDMA手機(jī)對頻率精度的要求。

• 快速轉(zhuǎn)換時(shí)間：ADF4118具有較快的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間，有助于手機(jī)在不同頻段和模式之間快速切換。

• 低相位噪聲：ADF4118具有較低的相位噪聲，能夠提高通信質(zhì)量。

• 可編程性：ADF4118具有可編程性，可以通過編程實(shí)現(xiàn)不同的頻率合成參數(shù)，提高設(shè)計(jì)的靈活性。

4.3 TCXO

TCXO（Temperature Compensated Crystal Oscillator）是一種溫度補(bǔ)償晶體振蕩器，適用于對頻率穩(wěn)定度要求較高的應(yīng)用，如CDMA手機(jī)中的頻率合成器。其主要特點(diǎn)包括：

• 高穩(wěn)定度：TCXO具有較高的頻率穩(wěn)定度，能夠在不同溫度條件下保持穩(wěn)定的輸出頻率。

• 低功耗：TCXO功耗較低，有助于延長手機(jī)的電池壽命。

• 小型化：TCXO體積較小，便于集成在手機(jī)電路中。

• 易于校準(zhǔn)：TCXO可以通過校準(zhǔn)提高頻率精度，滿足CDMA手機(jī)對頻率合成器的高要求。

五、頻率合成器的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

以下是一個(gè)基于LM2332的頻率合成器詳細(xì)設(shè)計(jì)方案：

5.1 電路設(shè)計(jì)

1. 參考源：選用一個(gè)高穩(wěn)定度的晶體振蕩器作為參考源，提供頻率為fr的參考信號。

2. 可變數(shù)字分頻器：在鎖相環(huán)路的反饋支路中插入一個(gè)可變數(shù)字分頻器，對VCO的輸出信號進(jìn)行分頻，得到頻率為fN的脈沖信號。

3. 鑒相器：選用LM2332作為鑒相器，比較參考信號和fN信號的相位差，輸出誤差信號。

4. 環(huán)路濾波器：選用無源三階環(huán)路濾波器，濾除鑒相器輸出信號中的高頻噪聲和干擾。

5. 壓控振蕩器（VCO）：選用一款高性能的VCO芯片，如MURATA公司的MQK002-967，根據(jù)鑒相器輸出的誤差信號調(diào)整輸出頻率。

5.2 元器件選擇

1. 晶體振蕩器：選用一款高穩(wěn)定度的晶體振蕩器，如頻率為19.68MHz的TCXO，提供穩(wěn)定的參考信號。

2. 可變數(shù)字分頻器：選用一款高性能的可變數(shù)字分頻器芯片，如ADF4106，實(shí)現(xiàn)寬頻帶和高分辨率的頻率合成。

3. 鑒相器：選用LM2332作為鑒相器芯片，具有低相位噪聲和高集成度的特點(diǎn)。

4. 環(huán)路濾波器：選用無源三階環(huán)路濾波器，通過計(jì)算確定元件參數(shù)，以滿足設(shè)計(jì)要求。

5. 壓控振蕩器（VCO）：選用MURATA公司的MQK002-967作為VCO芯片，具有高性能和低相位噪聲的特點(diǎn)。

5.3 電路設(shè)計(jì)優(yōu)化

1. 降低相位噪聲：為了降低相位噪聲，可以采取以下措施：

• 選用低相位噪聲的元器件，如LM2332和MQK002-967。

• 優(yōu)化環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)，提高濾波效果。

• 在電路中增加輔助濾波器，進(jìn)一步濾除高頻噪聲和干擾。

2. 提高頻率精度：為了提高頻率精度，可以采取以下措施：

• 選用高分辨率的可變數(shù)字分頻器芯片，如ADF4106。

• 對晶體振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)，提高頻率穩(wěn)定度。

• 在設(shè)計(jì)中考慮溫度補(bǔ)償，減小溫度變化對頻率的影響。

3. 減小電路體積：為了減小電路體積，可以采取以下措施：

• 選用小型化的元器件，如TCXO和LM2332。

• 優(yōu)化電路板布局和布線，減小電路板的面積和高度。

• 采用集成度較高的芯片，如將鑒相器和環(huán)路濾波器集成在一起。

5.4 性能測試與驗(yàn)證

在完成電路設(shè)計(jì)后，需要對頻率合成器進(jìn)行性能測試和驗(yàn)證，以確保其滿足設(shè)計(jì)要求。測試內(nèi)容主要包括：

1. 輸出頻率范圍：測試頻率合成器的輸出頻率范圍是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2. 頻率精度：測試頻率合成器的頻率精度是否滿足CDMA手機(jī)的要求。

3. 相位噪聲：測試頻率合成器的相位噪聲是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4. 轉(zhuǎn)換時(shí)間：測試頻率合成器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間是否滿足快速切換的需求。

5. 穩(wěn)定性：測試頻率合成器在不同溫度條件下的穩(wěn)定性是否滿足要求。

六、結(jié)論

本文詳細(xì)討論了CDMA手機(jī)中頻率合成器的設(shè)計(jì)方案，包括主控芯片型號的選擇、設(shè)計(jì)中的作用以及具體型號的分析。通過選用高性能的元器件和優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)低相位噪聲、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換的頻率合成器，滿足CDMA手機(jī)對頻率合成器的高要求。同時(shí)，通過性能測試和驗(yàn)證，可以確保頻率合成器的性能滿足設(shè)計(jì)要求，為CDMA手機(jī)的通信質(zhì)量和穩(wěn)定性提供有力保障。