基于STM32F407+LMX2594的頻率綜合器程序設(shè)計(jì)

周文瑾 邊麗菲

摘要：高性能的頻率綜合器會(huì)直接影響到雷達(dá)、通信、遙測(cè)遙控、電子對(duì)抗等電子系統(tǒng)的性能，其主要技術(shù)指標(biāo)包括低相噪、低雜散、小步進(jìn)、寬頻帶等。本文基于項(xiàng)目的實(shí)際需求，根據(jù)鎖相合成技術(shù)，采用STM32F407+LMX2594研制了一款S頻段步進(jìn)為5MHz的頻率綜合器，并提供了一種用STM32F407實(shí)現(xiàn)LMX2594寄存器配置的參考。

關(guān)鍵詞：頻率綜合器;鎖相環(huán);STM32F407;LMX2594

中圖分類號(hào)：XXX;XXX? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： X

1 引言

頻率綜合器是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的重要功能單元， 直接影響到雷達(dá)、通信、遙測(cè)遙控、電子對(duì)抗等電子系統(tǒng)的性能[1]。隨著雷達(dá)等信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)頻率綜合器的穩(wěn)定性、相位噪聲、雜散等指標(biāo)提出了越來(lái)越高的要求?；陧?xiàng)目的需求，我們采用了STM32F407+LMX2594的方案，研制了一款S頻段步進(jìn)為5MHz的頻率綜合器。

2? 器件簡(jiǎn)介

2.1? LMX2594

LMX2594 是德州儀器生產(chǎn)的一款較高性能的寬帶合成器，能產(chǎn)生10MHz 至15GHz 范圍內(nèi)的任何頻率，其顯著特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)非常低的帶內(nèi)噪聲和集成抖動(dòng)。高速N分頻器沒(méi)有預(yù)分頻器，能夠有效減少雜散的數(shù)量和振幅。還有一個(gè)可減輕整數(shù)邊界雜散的可編程輸入乘法器。LMX2594可以是單端輸入輸出，也可以是差分輸入輸出。參考信號(hào)先由管腳OSCINM 或 OSCINP 進(jìn)入芯片，經(jīng)過(guò)倍頻，R分頻器，然后再送到鑒相器。鑒相器的輸出經(jīng)過(guò)電荷泵后由管腳CPOUT輸出至外部的環(huán)路濾波器，濾波后再經(jīng)過(guò)管腳 VTUNE來(lái)控制VCO ，VCO 信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)可編程的N分頻器來(lái)控制需要的頻率，最后通過(guò)RFOUT輸出。

外部控制信號(hào)通過(guò)CSB、SCK、SDI管腳以總線的形式寫(xiě)進(jìn)芯片內(nèi)部寄存器;管腳MUXout可以配置鎖定監(jiān)控輸出。LMX2594的輸出頻率計(jì)算公式：

Fout為芯片的輸出功率;k為VCO的分頻系數(shù)，根據(jù)芯片規(guī)定，k為0.5是倍頻輸出，k為1是基頻輸出，分頻輸出k只能設(shè)定為2～62的偶數(shù);Fvco為VCO輸出頻率;Fpfd為鑒相器頻率;R為參考支路分頻系數(shù);Nint為反饋支路分頻系數(shù)的整數(shù)部分;Nfrac為反饋支路分頻系數(shù)的小數(shù)部分;Fosc輸入為晶振頻率;OSC_2X可對(duì)輸入Fosc進(jìn)行基頻和2倍頻的配置。圖1為L(zhǎng)MX2594的功能框圖[2]，從圖中可以看出該芯片內(nèi)部的各功能模塊。

2.2? STM32F407

STM32F407STM32F407處理器內(nèi)嵌ARM內(nèi)核，最高運(yùn)行頻率為168MHz，它具有豐富的片內(nèi)ROM、RAM資源及UART、SPI、I2C、CAN等接口，是一款在工程中經(jīng)常使用的微控制器。

3 程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1? LMX2594輸出頻率參數(shù)計(jì)算

工程中Fout從A口輸出，LMX2594需要根據(jù)上位機(jī)下發(fā)指令，輸出頻率11000Mhz～16000MHz，步進(jìn)5MHz。電路中Fosc輸入為100MHz晶振，設(shè)置0SC_2X=2;R=1;k=1;所以在工程中LMX2594的實(shí)際輸出頻率公式變?yōu)椋骸?/p>

11000Mhz～16000MHz對(duì)應(yīng)上位機(jī)指令中的0～1000。當(dāng)上位機(jī)下發(fā)0時(shí)，Nint=55，Nfrac=0;當(dāng)下發(fā)1時(shí)，Nint==55，Nfrac=0.025;所以我們選擇小數(shù)部分分母PLL_DEN=1000;當(dāng)下發(fā)2時(shí)，Nint==55，Nfrac=0.050;依此類推可知當(dāng)下發(fā)40時(shí)，Nint=56，Nfrac=0;由此可以得到根據(jù)下發(fā)指令得到Nint和Nfrac的計(jì)算方法：

3.2? LMX2594寄存器配置

到此我們已得到了LMX2594輸出頻率和上位機(jī)指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以開(kāi)始LMX2594的寄存器配置。LMX2594具有多達(dá)112個(gè)寄存器[2]，但大多數(shù)寄存器可以使用默認(rèn)配置，工程中使用到的主要有PLL_N、PLL_F、PLL_DEN、MASH_ORDER、PFD_DELAY、OUTB_PD、OUTB_PWR，它們分別對(duì)應(yīng)Nint、Nfrac、小數(shù)部分分母、小數(shù)整數(shù)輸出選擇（整數(shù)輸出時(shí)MASH_ORDER=0，PFD_DELAY=1;小數(shù)輸出時(shí)MASH_ORDER=3，PFD_DELAY=4）、B口輸出選擇及B口輸出功率。

工程中我們使用STM32F407 IO產(chǎn)生SPI時(shí)序?qū)MX2594寄存器進(jìn)行配置。LMX2594 SPI配置時(shí)序如圖2所示。從圖中可以看出一個(gè)SPI時(shí)序需要發(fā)送16bit數(shù)據(jù)，SDK上升沿采數(shù)，在16個(gè)SDK上升沿后，需要把CSB拉高2個(gè)SDK周期，完成數(shù)據(jù)鎖存。

STM32F407程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)[3]，開(kāi)發(fā)環(huán)境時(shí)KEIL uvision5，程序流程圖如圖3所示。

4 結(jié)論

經(jīng)工程測(cè)試，STM32F407+LMX2594的頻率綜合器程序設(shè)計(jì)方案能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性、相位噪聲、雜散等指標(biāo)的要求?？梢栽谄渌嚓P(guān)項(xiàng)目中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉韜.基于DDS頻率源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子科技，2013，Vol.26：56-58.LIU Tao.Design and Implementation of Frequency Source Based on DDS Device[J].Electronic Sci&Tech，2013 Vol.26：56-58.

[2]徐愛(ài)鈞，彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社，2001.