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RF工程师必知的ADF4356/ADF5356器件相位校准和控制

? 2018年05月08日 09:18 ? 次阅读

美高梅官网,金沙网投领导者,金沙网投网站,金沙网投开户 www.tongshi-cn.com 顾名思义,锁相环(PLL)使用鉴相器比较反馈信号与参考信号,将两个信号的相位锁定在一起。虽然这种特性有许多用武之地,但是PLL如今最常用于频率合成,通常充当上变频器/下变频器中的本振(LO),或者充当高速模数转换器(ADC)或数模转换器(DAC)的时钟。

直到最近,我们很少注意这些电路中的相位行为。但随着对效率、带宽和性能的需求日益增长,RF工程师必须推出新技术来提高频谱和功率效率。信号相位的重复性、可预测性和可调性在现代通信和仪器仪表应用中均起到日益重要的作用。

一切都是相对的

关于相位测量,如果不是相对于另一个信号或相对于原始相位则毫无意义。例如,使用矢量网络分析仪(VNA)对放大器之类的两端口网络进行相位测量,就是相对于输入相位ANG(S21)测量输出相位的。单输入相位指相对于入射相位ANG(S11)的反射相位。

在PLL合成器上,相位测量指的是相对于输入参考相位的测量或信号间的相位测量。任何相位测量的理想状态就是测得与原始相位相比的精确期望值,但是非线性、非理想性、温差和电路板迹线以及其他制造差异都会使得相位在信号生成中更容易发生改变。对于本文而言,“同相”是指幅度和时序特性相同的信号;确定性相位是指信号之间的相移是已知和可预测的。

示波器测量相位

为了比较两个不同频率的相位,可以使用高速示波器比较输出相位与参考相位,这是一种相对直观的方法。为了直观可见,输入相位和输出相位通常必须是彼此的整数倍。这在许多时钟电路中相对比较常见。对于整数N分频PLL,输入频率(REFIN)和输出频率(RFOUT)之间的关系通常是确定和可重复的。只需将示波器探头放在REFIN和RFOUT上,但注意仅捕获确定已建立相位时的信号。像RTO1044这样的高级示波器,只有在满足某些条件时才允许事件触发激活:比如将特定的数字模式写入PLL器件以及已知信号的上升沿出现时。鉴于数字模式的写入与最终信号稳定之间可能会有一些延迟,因此在这两个事件之间插入一些延迟至关重要,这种特定型号的仪器就可以实现这一功能。

图1的测量是为了确认ADF4356 PLL相对于已知参考信号(在这种情况下,另一个ADF4356设定相同的输出频率)的相位延迟在上电时是否恒定和可重复。为了正确设置仪器,将两个低速探头连接到ADF4356 SPI接口的CLK线路和DATA线路。若要将数字模式写入特定频率,则必须等待1秒钟,仪器才能捕获显示两个PLL输出的时域图。

图1. 整数N分频设置

对于此测量,两个ADF4356 PLL锁定在4 GHz的VCO频率并在8 MHz至500 MHz的范围内分频,其中一个PLL使用软件掉电功能反复开启和关闭。示波器采用无限持续模式进行119次采集,两个PLL之间的相位差恒定且可重复。为了确保相位差可重复,需遵循许多注意事项。相比较而言,低的R分频值比高的R分频值带来的不确定性较少,而且将来自VCO输出的分频反馈馈送到N计数器输入至关重要。鉴于ADF4356 PLL和VCO包含1024个不同的VCO频段,务必使用手动校准覆盖程序来消除此不确定性。

相位再同步定义

相位再同步是指小数N分频PLL在每个给定频率下返回相同相移的能力。也就是说,相位为P1的频率A在改为频率B后,当频率重新设定为回到F1时,观察到仍具有相同的原始相位P1。该定义忽略了由VCO漂移、漏电流、温度变化等因素引起的变化。

再同步将复位脉冲发送到小数N分频∑-?调制器,从而使其处于已知的可重复状态。在完成VCO频段选择和环路滤波器建立时间等频率建立机制之后,需要施加此复位脉冲。其值由寄存器12中的超时计数器控制。新近的PLL能够调整此复位脉冲的时序,实现了一定程度的输出信号可调性。此外,它还能以360°/225步进改变时序,比大多数仪器更轻松地完成测量。

图 AD7091R 2. 进行小数N分频再同步,频率范围4694 MHz至4002.5 MHz

对于本实验,两个ADF4356 VCO的频率均设定为4002.5 MHz且采用8分频。第二个PLL的VCO频率设定为4694 MHz,然后设定为回到4002.5 MHz。通过使用示波器检查PLL行为可以看出,在1700次频率变化后,PLL每次都稳定在同一相位。为了表征不同的相移特性,相位字设定为4194304/225(相当于90°)。设定90°、180°、270°和0°的相应类似值,再次查看示波图(图3)。

图3. 具有可变相移的相位再同步

相对于通道1上的原始信号,观察到四个间隔相等的信号,从而确认了具有可编程偏移的相位再同步的准确性。

该功能非常有用,意味着可以为每个用户频率创建相位值查找表,在每次使用时记录相位值。在需要组合四个同相LO频率的应用中,相位再同步和偏移功能用于调整输出相位,从而共同提供低6 dB的相位噪声。如果用作可调LO(可能在信号分析仪的第一级上),再同步和相移功能允许用户在上电时执行一次性校准以确定每个LO的精确相位值。在用作LO时,可以根据需要按照每个LO设定相位值,从而无需在每个频率下执行校准。

图4. 需要精确控制PLL输出相位的相位关键型应用

对于像网络分析仪这样的相位关键型应用,该电路可以在上电时测量每个频率下的相位值,然后根据需要设定,因为LO会作用于整个目标范围。

测量相位、矢量信号和网络分析仪

矢量信号和网络分析仪也可用于表征相位行为,尽管其仅限用于比较器件的相位与其初始值??梢越獸SWP等高级分析仪置于FM解调模式并选择相位输出。

这对于评估ADF4356 PLL上的相位再同步功能非常有用。下面的迹线(图5)表示ADF4356相位在5025 MHz的输出频率下变化了180°。

图5. 180°相移时的FSUP FM解调器输出

相位调整

相位调整功能可避免∑-?调制器复位,只需为现有相位添加一个0°至360°之间的相位字即可。在不希望相位复位的应用中,这一操作非常有用。它可以用于动态调整相位字以补偿由于温度等影响而产生的相位差。

相位调整在R0每次更新(采用寄存器3的编程值)时为现有信号添加相位。它不包含相位再同步等复位脉冲。以下来自FSWP的测量结果表示的是原始信号增加90°(图6)和270°(图7)的情况。在这两种情况下,ADF4356的输出频率在相位更改之前都设置为5025 MHz。

图6. 90°变化

图7. 270°变化

整个温度范围内的行为

电感器的物理参数随温度而变化,其电特性也一样,表现为相位变化。为了减少这种相位变化,用户可以设定所需的相移以保持相同的相位。输出频率设定为4 GHz的两个ADF4356 PLL,以相同相位放置在同一炉室中,密切跟踪彼此的相位(图2),从而证明用户可以根据温度调整相位。

图8. ADF4356在整个温度范围内的相位漂移,测量时的VCO频率为4 GHz。

5G

波束成形是实现5G网络架构的一种关键技术。这些网络中使用多个天线阵列元件,每个元件具有不同的相位和幅度,将天线能量直接传导到最终用户。对于该应用,相位重复性是关键。波束成形需要LO相位具有可重复性,并且如果该相位具有不确定性,则需要波束成形电路进行额外校准。

图9所示为相隔四分之一波长并由同相驱动的两个半波单元的方向图。天线辐射图几乎是全向的,观察不到波束成形。图10显示了由90°异相信号驱动的两个元件,得到的辐射图显示辐射图更加集中。随着元件阵列数量的增加,朝向最终用户的辐射图的准确度也有所提升,进一步提高了光谱效率。

图9. 无波束成形

图10. 波束成形

相位再同步功能确保消除了LO相位特性的不确定性。此外,还能够调整此相位,为用户提供了另一种方法来克服存在于电路中而波束成形器或基带电路难以调整的任何其他相位延迟。

结论

相位再同步将ADF4356以及类似的PLL器件置于已知相位,这样可以实现许多应用并大大简化校准程序。

作者简介

Ian Collins毕业于爱尔兰科克大学,拥有电气和电子工程学位,并从2000年起在ADI公司的射频和微波部门工作。他目前是微波频率生成部门的应用经理,主要负责锁相环(PLL)和压控振荡器(VCO)产品方面的工作。非工作时间或不陪伴家人时,Ian喜欢摄影和戏剧(无论是在台上还是在台下)、阅读以及听音乐。

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在过去的30年间,MEMS开关被一致认为是性能有限的机电式继电器的优越取代品。 透过易于使用、能够以...

发表于 2018-02-07 17:10 ? 191次阅读
详解ADI的MEMS开关技术

Jerry Fan:分享全球半导体产业的现状和趋...

2017年全球的半导体产业都在快速的崛起,是近年来增长速度最快的一年。ADI 副总裁及大中华区董事总...

发表于 2018-01-31 16:09 ? 1870次阅读
Jerry Fan:分享全球半导体产业的现状和趋...

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设计具有鲁棒性的电子电路较为困难,通?;岬贾戮哂写罅?分立?;て骷纳杓频南喙爻杀驹黾?、时间延长、空...

发表于 2018-01-30 11:24 ? 193次阅读
简述故障?;た丶芄辜捌溆氪撤至⒈;そ饩龇桨? /></a>
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2017年,ADI 最受网友追捧的10款『参考电路』

发表于 2018-01-29 18:10 ? 844次阅读
2017年,ADI 最受网友追捧的10款『参考电路』

ADI最新中文资料(2018年1月)

发表于 2018-01-29 16:51 ? 524次阅读
ADI最新中文资料(2018年1月)

60 GHz双向数据通信链路解决方案,助力蜂窝容...

全球蜂窝网络上对数据的需求不断增长,迫使运营商想方设法在2030年前将容量提升5000倍。要实现这一...

发表于 2018-01-24 07:05 ? 2232次阅读
60 GHz双向数据通信链路解决方案,助力蜂窝容...

PLL例化和LED闪烁例程出现 ERROR 2035和ERROR 924

发表于 2018-01-22 21:47 ? 385次阅读
PLL例化和LED闪烁例程出现 ERROR 2035和ERROR 924

ADI移动医疗电子方案--全体征信号监测技术方案

近年来,随着IoT的广泛应用,数据采集结合无线传输成为有利搭档,大大提高了人们对数据变化监测的力度。...

发表于 2018-01-22 11:48 ? 434次阅读
ADI移动医疗电子方案--全体征信号监测技术方案

从IBM的智能酒庄到ADI的“番茄互联网”,智能...

中国作为农业大国,同时也是农业非常落后的国家,作为技术工作者,如何在农业上借助科技化实现“弯道超车”...

发表于 2018-01-22 11:46 ? 2874次阅读
从IBM的智能酒庄到ADI的“番茄互联网”,智能...

ADI:将异构制造的话题作为产业未来发展趋势的一...

ADI公司总裁兼首席执行官Vincent Roche在对2018年的技术趋势展望一文《这些创新将影响...

发表于 2018-01-18 11:29 ? 1166次阅读
ADI:将异构制造的话题作为产业未来发展趋势的一...

ADI新产品为添新功能,应用MEMS陀螺仪和加速...

在ADI公司的一间会议室中,Howard Wisniowski用一只手拿起比纪念邮票稍大一点的演示板...

发表于 2018-01-17 09:47 ? 310次阅读
ADI新产品为添新功能,应用MEMS陀螺仪和加速...

ADI与香港科技大学签署校企合作协议,机器人研究...

中国,北京 – Analog Devices, Inc. (ADI) 公司今天宣布,与香港科技大学机...

发表于 2018-01-15 14:59 ? 180次阅读
ADI与香港科技大学签署校企合作协议,机器人研究...

MEMS智能传感器普及 ADI从三大领域出击

到2020年,世界上将安装有300亿个无线传感器节点,未来十年,传感器数量可能达到万亿级。在国内,随...

发表于 2018-01-12 14:27 ? 290次阅读
MEMS智能传感器普及 ADI从三大领域出击

ADI公司对“数字地与模拟地的区别”的解释

在使用大量数字电路的混合信号系统中,最好在物理上分离敏感的模拟元件与多噪声的数字元件。另外针对模拟和...

发表于 2018-01-12 09:29 ? 295次阅读
ADI公司对“数字地与模拟地的区别”的解释

adi降压型转换器ltc3388在可穿戴设备上的...

从智能服装、谷歌眼镜、先进的健身活动跟踪器、虚拟现实设备、夜视设备到平视显示器,可穿戴设备已经成为主...

发表于 2018-01-09 13:45 ? 234次阅读
adi降压型转换器ltc3388在可穿戴设备上的...

ADI如何在预测与主动防护、座舱智能等智能汽车上...

智能网联汽车已经成为汽车产业最重要的技术趋势之一,为更好的促进汽车安全与智能网联感知技术融合、推动汽...

发表于 2018-01-09 11:30 ? 275次阅读
ADI如何在预测与主动防护、座舱智能等智能汽车上...

ADI三轴MEMS加速度计系列新增ADXL356...

广受用户欢迎的低噪声、低漂移、低功耗三轴MEMS加速度计系列新增ADXL356和ADXL357两款器...

发表于 2018-01-09 11:29 ? 353次阅读
ADI三轴MEMS加速度计系列新增ADXL356...

基于LTC4282的集成式电源控制与遥测解决方案

如今的汽车正处于彻底变成电子系统的交界点,最大限度减少了机械系统的采用,正在成为人们生活中最大、最昂...

发表于 2018-01-08 10:02 ? 1707次阅读
基于LTC4282的集成式电源控制与遥测解决方案

精密数据采集信号链的噪声分析,深入研究信号链的总...

在很多应用中,模拟前端接收单端或差分信号,并执行所需的增益或衰减、抗混叠滤波及电平转换,之后在满量程...

发表于 2018-01-08 09:09 ? 2586次阅读
精密数据采集信号链的噪声分析,深入研究信号链的总...

ADI助力中国医疗电子全信号链创新,2018续写...

伴随IoT和AI两大“强心剂”持续影响,信息化、移动化、智能化成为全球医疗电子产业发展的主旋律,而由...

发表于 2018-01-05 11:46 ? 3715次阅读
ADI助力中国医疗电子全信号链创新,2018续写...

ADI的24 GHz雷达系统级原型解决方案来实现...

ADI的新型24 GHz雷达产品提供出色的性能和高集成度,是小尺寸、低成本且易用的超低功耗解决方案,...

发表于 2018-01-05 10:03 ? 1949次阅读
ADI的24 GHz雷达系统级原型解决方案来实现...

基于云与mSure的电表变革,实现云端功能诊断与...

过去15年,电表行业多次见证了自爱迪生和特斯拉时代以来从未有过的大范围、大规模变革浪潮。

发表于 2018-01-05 07:45 ? 2553次阅读
基于云与mSure的电表变革,实现云端功能诊断与...

老龄化和亚健康推动智慧可穿戴医疗保健市场蓬勃发展

中国社会人口老龄化和亚健康2大发展趋势,以及医疗资源加大布局社区和农村的2大发展趋势,正在推动消费级...

发表于 2018-01-04 17:12 ? 16163次阅读
老龄化和亚健康推动智慧可穿戴医疗保健市场蓬勃发展

ADI新型数字隔离器提供简单高速的SPI信号隔离...

ADI新型SPI数字隔离器用1/5成本提供6倍时钟速率。

发表于 2017-12-29 15:01 ? 331次阅读
ADI新型数字隔离器提供简单高速的SPI信号隔离...

电机控制解决方案ADI的系统设计考虑和主要挑战以...

针对电机控制解决方案,ADI提供了门类齐全的产品组合,其中包括了模数/数模转换器、放大器、嵌入式处理...

发表于 2017-12-29 10:07 ? 2041次阅读
电机控制解决方案ADI的系统设计考虑和主要挑战以...

多协议工业物联网的两种多协议交换解决方案

现今,尤其是在工业物联网 (IIoT) 或工业4.0的背景下,许多工业自动化技术的供应商和制造商都对...

发表于 2017-12-24 09:30 ? 2506次阅读
多协议工业物联网的两种多协议交换解决方案

基于CD4046构成的PLL及应用

CD4046 构成的 PLL 在通信、频率处理、自动控制等技术领域中应用较为广泛 ,正确理解 CD4...

发表于 2017-12-22 11:55 ? 658次阅读
 基于CD4046构成的PLL及应用

几款经典的BMS系统方案图

电池管理系统(BMS)是一个本世纪才诞生的新产品,因为电化学反应的难以控制和材料在这个过程中性能变化...

发表于 2017-12-20 16:20 ? 5474次阅读
几款经典的BMS系统方案图

ADI和IMEC合作开发下一代IoT传感器

IMEC和ADI的目标为开发具全新感测功能,或感测功能大幅提升的低功耗设备。双方长期以来已合作开发高...

发表于 2017-12-12 15:44 ? 2081次阅读
ADI和IMEC合作开发下一代IoT传感器

MEMS开关:四大突破技术实现传统开关的革命

“金手指”采用静电动作方式,在悬臂梁下方施加高压直流电压,以控制开关导通。当导通时,静电吸引力将悬臂...

发表于 2017-12-12 14:27 ? 2930次阅读
MEMS开关:四大突破技术实现传统开关的革命

ADS软件设计VCO的方法介绍

本章内容是介绍使用ADS软件设计VCO的方法:包括原理图绘制,电路参数的调整优化、仿真等。 下面开始...

发表于 2017-12-11 17:16 ? 287次阅读
ADS软件设计VCO的方法介绍

LC VCO电路设计及实测结果分析

随着无线通信事业的飞速发展,产生了多种通信技术标准,诸如Bluetooth,GSM,WiFi,Zig...

发表于 2017-12-11 15:03 ? 294次阅读
LC VCO电路设计及实测结果分析

使用pll和voc设计频率合成器的特点

几乎每个RF和微波系统都需要频率合成器。频率合成器产生本振信号以驱动混频器、调制器、解调器及其他许多...

发表于 2017-12-07 07:11 ? 2474次阅读
使用pll和voc设计频率合成器的特点

基于ADI的MEMS加速度计关键参数和特性,选出...

最新MEMS电容式加速度计应用于传统上由压电加速度计和其他传感器主导的应用领域。新一代MEMS加速度...

发表于 2017-12-03 06:32 ? 3816次阅读
基于ADI的MEMS加速度计关键参数和特性,选出...

Macro基本理念详解

硬核就是我们最常见的Hard Marco,包括Memory,PLL等各种IP,他的逻辑在自己本身内部...

发表于 2017-12-01 14:42 ? 2057次阅读
Macro基本理念详解