【文章內(nèi)容簡介】 入AD9858。該器件內(nèi)置一個(gè)集成式電荷泵（CP）和相位頻率檢波器（PFD），適合同時(shí)要求高速DDS與鎖相環(huán)功能的頻率合成應(yīng)用。此外還提供一個(gè)片內(nèi)模擬混頻器，適合同時(shí)擁有DDS、PLL和混頻器的應(yīng)用，如頻率轉(zhuǎn)換環(huán)路、調(diào)諧器等。AD9858的時(shí)鐘輸入上還具有二分頻特性，使外部時(shí)鐘速率可以高達(dá)2 GHz。AD9858的額定工作溫度范圍為–40176。C至+85176。C工業(yè)溫度范圍。AD9858憑借優(yōu)良的性能可廣泛應(yīng)用于甚高頻／超高頻本振合成器、雷達(dá)、蜂窩基站跳頻合成器等許多領(lǐng)域。系統(tǒng)要求產(chǎn)生400MHz到500MHz的頻率范圍，頻率步進(jìn)為100kHz，可知，用該芯片可以很好地實(shí)現(xiàn)。AD9858是具有32位的相位累加器，本系統(tǒng)所用的外部振蕩源是50MHz的晶振。振蕩源信號(hào)經(jīng)過4~20倍頻（可程序控制）后，作為系統(tǒng)時(shí)鐘。輸出信號(hào)頻率的計(jì)算公式為： （26）從上式可以看出，頻率步進(jìn)最小可以達(dá)到 （27）這個(gè)設(shè)計(jì)中用5倍頻，算得是題目所要求的步進(jìn)量的3883倍。如果已知輸出頻率，可以由下式算得控制字： （28） 信號(hào)質(zhì)量(1) 頻率穩(wěn)定度，等同于其時(shí)鈡信號(hào)的穩(wěn)定度。時(shí)鐘信號(hào)由晶振產(chǎn)生，它的頻穩(wěn)度優(yōu)于106。(2) 頻率的值的精度，決定于DDS的相位分辨率。即由DDS的相位累加器的字寬和ROM函數(shù)表決定。本題要求頻率按100Hz步進(jìn)，但實(shí)際上可以達(dá)到小于1Hz的步進(jìn)。所以說DDS可達(dá)到很高的頻率分辨率。(3) 失真與雜波：可用輸出頻率的正弦波能量與其他各種頻率成分的比值來描述。失真與雜波的成分可分為以下幾個(gè)部分：① 采樣信號(hào)的鏡像頻率分量。DDS信號(hào)是由正弦波的離散采樣值的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為階梯形的模擬波形的。所以存在著以采樣頻率為折疊頻率的一系列鏡像頻率分量。② D/A的字寬決定了它的分辨率，它所決定的雜散噪聲分量，滿量程時(shí)，對(duì)信號(hào)的信噪比影響可表示為 S/D+N=+ dB （29）其中B為D/A的字寬，所用的DDS有10位的D/A，信噪比可達(dá)到60dB以上。 ③ 相位累加器截?cái)嘣斐傻碾s波。這是由正弦波的ROM表樣點(diǎn)數(shù)有限而造成的。通過提高時(shí)鐘頻率或采用插值的方法增加每個(gè)周期中的點(diǎn)數(shù)（過采樣），可以減少這些雜波分量。④ D/A轉(zhuǎn)換器的各種非線性誤差形成的雜散頻率分量，其中包括諧波頻率分量，它們?cè)贜頻率處。這些雜波分量的幅度較小。⑤ 其他雜散分量，包括時(shí)鐘泄漏，時(shí)鐘相位噪聲的影響等。D/A后面的低通濾波器可以濾去鏡像頻率分量和諧波分量，可以濾去帶外的高頻雜散分量，但是，無法濾去落在低通帶內(nèi)的雜散分量。 壓控放大器 ADL5330簡介ADL5330是工作頻率為10Hz至3GHz的壓控放大/衰減器。 V到 V供電。具有高線性度（OIP3 =31dBm @ 900MHz）（注：OIP3是輸出3階截獲點(diǎn)，是衡量功放的線性度的指標(biāo)，兩個(gè)參數(shù)之間的差就是功放的增益，參數(shù)數(shù)值越高，線性度越好）。同時(shí)也具有很低的固有輸出噪聲（?150 dBm /Hz@ 900MHz）。其輸入阻抗和輸出阻抗都為50Ω?？勺鳛閱味溯斎雴味溯敵鲂推骷褂?，也可作為差分輸入差分輸出型使用。增益寬范圍為?34dB至+ 22 dB（工作在900MHz時(shí)），增益控制精度20 mV /dB。 ADL5330的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 ADL5330頻率增益曲線圖，頻率f=500MHz，可得，l 當(dāng)VGain= ，Gain=32dB；l 當(dāng)VGain= ，Gain=24dB；l 當(dāng)VGain= ，Gain=14dB；l 當(dāng)VGain= ，Gain=4dB；l 當(dāng)VGain= ，Gain=6dB；l 當(dāng)VGain= ，Gain=16dB；l 當(dāng)VGain= ，Gain=22dB。由這些數(shù)據(jù)，便可以確定增益控制電壓VGain與增益Gain的關(guān)系，從而建立起D/A數(shù)據(jù)與增益的關(guān)系。 ，采用5V單電源供電，P3接口用于接D/A輸出，VCO產(chǎn)生的射頻信號(hào)由射頻輸入端P2輸入，經(jīng)放大后由輸出端P6輸出接下一級(jí)放大器。本電路采用單端輸入輸出，即PP5接地。電路中CCCCCCC1C1C1C15是去耦電容，減少電源中的交流成分經(jīng)電源流入放大器產(chǎn)生的影響。LL2是隔離電感和去耦電容C1C13，避免放大后的信號(hào)經(jīng)電源影響其他電路。CCC1C16是耦合電容，交流信號(hào)經(jīng)耦合電容輸入輸出，隔離直流分量。 ADL5330的電路原理圖本題所采用的功放電路由四級(jí)構(gòu)成，第一級(jí)由1個(gè)2SC3356構(gòu)成的射級(jí)跟隨器，第二級(jí)由2SC3356構(gòu)成的共射級(jí)放大器，第三級(jí)是由高頻管AH101構(gòu)成的射頻放大，第四級(jí)是壓控放大器，最后一級(jí)是由射頻MOSFET功率晶體管RD15HVF1構(gòu)成的大功率功放。前三級(jí)和壓控放大器一起為最后一級(jí)提供驅(qū)動(dòng)，最后一級(jí)為主要功放級(jí)。 驅(qū)動(dòng)級(jí)電路驅(qū)動(dòng)級(jí)功放位于壓控振蕩器和末級(jí)功放之間。因?yàn)閴嚎卣袷幤鞯妮敵龉β史浅Ｐ?，所以?qū)動(dòng)級(jí)的設(shè)計(jì)主要是考慮在保持線性的條件下獲得盡可能高的增益。如果驅(qū)動(dòng)級(jí)的增益不夠會(huì)導(dǎo)致對(duì)末級(jí)功率放大器的增益指標(biāo)要求更加苛刻。一般末級(jí)功率放大器在要求高效率的情況下，很難獲得所要求的高增益。由以上敘述可以看出系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作為整個(gè)功放系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)級(jí)，其好壞直接決定了整個(gè)功放系統(tǒng)的性能。驅(qū)動(dòng)級(jí)由2SC3356構(gòu)成的射級(jí)跟隨器、三極管2SC3356構(gòu)成的共射級(jí)放大器、高頻管AH101構(gòu)成的射頻放大器和壓控放大器一起組成，承擔(dān)了與前級(jí)匹配并驅(qū)動(dòng)末級(jí)功放的任務(wù)。 。(1) 直流偏置電路的設(shè)計(jì)在器件的技術(shù)參數(shù)中，半導(dǎo)體廠家通常會(huì)給出放大器的直流工作電壓和電流。本設(shè)計(jì)采用技術(shù)參數(shù)給定的第一級(jí)射極跟隨器器（Vb=，Ve=738mV），第二級(jí)放大器（n=9 V，d=200mA）。直流工作點(diǎn)來設(shè)計(jì)直流偏置電路。良好的直流偏置設(shè)計(jì)目標(biāo)是選擇適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，并在晶體管參數(shù)和溫度變化的范圍內(nèi)，保持靜態(tài)工作點(diǎn)的恒定。本功放采取先對(duì)直流供電并聯(lián)不同值的濾波電容用以濾除供電電壓中不同頻率的紋波，再通過射頻扼流圈把直流電壓饋入大器。射頻扼流圈對(duì)直流相當(dāng)于短路，對(duì)射頻信號(hào)相當(dāng)于開路防止射頻信號(hào)泄實(shí)際中一般用電感來代替射頻扼流圈能夠起到相同的作用。(2) 2SC3356簡介2SC3356硅超高頻低噪聲功率管是一種基于N型外延層的晶體管。具有高功率增益、低噪聲特性、大動(dòng)態(tài)范圍和理想的電流特性。主要應(yīng)用于超高頻低噪聲功率管主要應(yīng)用于VHJF，UHF，CATV高頻寬帶低噪聲放大器。 一般參數(shù)：類別：NPN硅通用晶體管；集電極發(fā)射極電壓VCEO：1 2V； 集電極基極電壓VCBO:20V；發(fā)射極基極電壓VEBO: ；集電極直流電流IC:100mA ；總耗散功率（TA=25℃）Ptot:225mW ；工作結(jié)溫Tj:150℃；貯存溫度Tstg:65~150℃；極性：NPN型 ；結(jié)構(gòu)：擴(kuò)散型； 材料：硅（Si）；封裝材料：塑料封裝。電性能參數(shù)（TA=25℃）：擊穿電壓:V（BR）CEO=12V，V（BR）CBO=20，V（BR）EBO= ；直流放大系數(shù)hFE:50~300 ；集電極基極截止電流ICBO:100nA（最大值）；發(fā)射極基極截止電流IEBO:100nA（最大值） ；特征頻率fT:；封裝：SOT23；功率特性：中功率 ；集電極允許電流：（A）； 集電極最大允許耗散功率：（W）。(3)AH101簡介AH101是中等功率增益塊提供了很好的動(dòng)態(tài)范圍使用一個(gè)低成本的表面的包裝。單電源供電和無條件穩(wěn)定內(nèi)部匹配裝置的結(jié)合，使同時(shí)完美適用于窄帶和寬帶。優(yōu)越的散熱設(shè)計(jì)使它的OIP3達(dá)到+ 45dBm工作在溫度為+ 85℃時(shí)。平均無故障時(shí)間大于100年。，可見其工作頻率范圍501500MHz 。 AH101的封裝和引腳功能 AH101的電學(xué)參數(shù)，減小在1dB范圍以內(nèi)。 ，用作驅(qū)動(dòng)RF功放，采用100pF電容作為輸入輸出耦合電容，56pF、470uF的電感作為扼流電感。，全部采用小尺寸的貼片封裝，信號(hào)線使用直線并由覆地面包圍，電路板兩面覆地并多點(diǎn)接地。 驅(qū)動(dòng)級(jí)電路仿真為了進(jìn)一步研究功放驅(qū)動(dòng)電路的增益、頻響特性、相頻特性、輸出失真情況、功率、輸入阻抗等參數(shù)，對(duì)功放驅(qū)動(dòng)級(jí)電路進(jìn)行仿真。首先在Multisim中找到所有需要元器件并設(shè)置好參數(shù)，然后按照原理圖連接好電路，按要求放置電源和地及所需的儀器，并在輸入輸出放置探針，便于觀測參數(shù)。 ，可以看到輸入Vi=200mV時(shí)，輸出Vo=,增益 （210） 。由波形圖可以觀測到：（1）輸出波形與輸入波形形狀完全一樣，幅值大概是輸入的6倍左右，結(jié)果與式210相符。（2）輸出與輸入波形的相位相差剛好180度。（3）輸出波形光滑無毛刺，可見該電路的噪聲系數(shù)很小。 。 ~1GHz的范圍內(nèi)幅頻特性曲線非常平滑穩(wěn)定20dB。，在200MHz~1GHz的范圍內(nèi)電路的相移固定為180度。 在電路中加入電壓表、電流表和功率計(jì)測電路的輸入阻抗和功率。=，=,交流電壓表讀數(shù)V=。故可求得輸入阻抗， （211） RD15HVF1簡介RD15HVF1是一款MOS FET型晶體管，它主要是為超高頻、甚高頻功率放大。，由表可見VDSS額定值可達(dá)30V，直流電壓的額定值高達(dá)4A，額定功率更是高達(dá)48W，從而保證了我們射頻大功率的要求。但同時(shí)對(duì)輸入功率也要求也比較高，（輸入輸阻抗都為50Ω時(shí)），所以輸入級(jí)要加功放驅(qū)動(dòng)級(jí)。阻抗原圖是用于描述某一電路或元件高頻阻抗特性的圖表，通過觀察阻抗原圖就可以準(zhǔn)確地分析其阻抗特性。RD15HVF1 RD15HVF1阻抗圓圖所示， RD15HVF1輸入輸出阻抗圓圖取其在f=520MHz和f=。、輸出15W、，+。 、輸出15W、，+。 RD15HVF1功放電路設(shè)計(jì)，RR1R14為Q3柵極提供直流電壓VDS，是Q3溝道打開以保證正常工作。通過調(diào)節(jié)R13可以調(diào)節(jié)VDS，從而改變靜態(tài)工作點(diǎn)。CC5為電位器R13消抖。LL2在直流通路中相當(dāng)于短路為Q3漏極與源極之間直接提供電源電壓。 所示。L2是大電感，做扼流圈使用，與CC9 、CC11一起構(gòu)成濾波電路，防止高頻信號(hào)干擾電源，減少電源紋波。RR1R12構(gòu)成輸入的電阻匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸。78L09使電源電壓降到9V，再通過電阻調(diào)節(jié)提供柵極電壓，避免全部使用電阻分壓產(chǎn)生大量能量損耗，并能提供更平穩(wěn)的驅(qū)動(dòng)電壓。C2為78L09輸出濾波，減小輸出電壓紋波。CC12同RR1R12為Q3輸入阻抗匹配，C12同時(shí)還擔(dān)任輸入耦合的作用。小電感電容LCC3構(gòu)成LC網(wǎng)絡(luò)大大提高功放的高頻特性，C3同時(shí)充當(dāng)輸出耦合電容。 RD15HVF1功放電路為原理圖添加好與實(shí)際器件匹配的封裝后生成PCB圖。，增加電路高頻特性。布局也采用直線布局法，信號(hào)線避免走彎線，減小了電磁輻射損耗。此外，對(duì)電路進(jìn)行了大面積的雙面覆地并規(guī)律的加了很多過孔，減小了經(jīng)地線的串?dāng)_。 電源接口采用穿針電容,具有非常好的高頻濾波效果。輸入輸出都使用同軸線連接，極大的避免了射頻干擾。板上可有散熱槽，可安裝散熱片，保證功放管正常工作。在直流等效電路中，把所有電容都看成開路，所有電感都看成短路，只保留電阻和晶體管。 RD15HVF1功放直流等效電路，輸入信號(hào)為450MHz，1V的射頻信號(hào)。，輸出波形的幅值為6V。所以求的增益A=6。，由幅頻特性曲線可以看出電路在450MHz時(shí)增益最大，往兩邊逐漸下降使電路的帶寬為100MHz。，其中XWM1和XWM2為功率計(jì)，XMM1為電壓表，XMM2為電流表。，電壓表的讀數(shù)為V`=，I`=，從而可以計(jì)算出輸入阻抗。 ，可以看到XWM1的讀數(shù)為0W。因此可以看出柵極電流幾乎為零，功放的功率為19,04W。 ATmega128單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，本小節(jié)主要講ATmega128單片機(jī)的內(nèi)部資源、工作原理和硬件電路設(shè)計(jì)等。 ATmega128芯片介紹ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。片內(nèi) ISP Flash 可以通過SPI 接口、通用編程器，或引導(dǎo)程序多次編程。引導(dǎo)程序可以使用任何接口來下載應(yīng)用程序到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)器。通過將8 位RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)， ATmega128 為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案。ATmega128單片機(jī)的功能特點(diǎn)如下：（1）高性能、低功耗的AVR 8位微處理器（2）先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)① 133條指令大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成② 32x8 個(gè)通用工作寄存器+外設(shè)控制寄存器③ 全靜態(tài)工作④ 工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16 MIPS⑤ 只需兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器（3）非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器① 128K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash② 壽命: 10，000 次寫/ 擦除周期③ 具有獨(dú)立鎖定位、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)（4）通過片內(nèi)