ADF4360的使用手记

ADF4360-x是ADI公司推出的一系列的锁相环（Complete Phase Locked Loop）。

和其他锁相环芯片如ADF4106相比，ADF4360-x在片内集成了VCO（Voltage Controlled Oscillator）。

这一点非常重要，因为一般情况下我们要使用一个外置的VCO，这些模块有可能是自己使用三极管、调谐二极管、电感等器件自己搭建的。

但更多情况下，为了降低设计难度，提高各种性能，我们则是购买集成VCO模块。

这些模块非常昂贵，小批量的情况下单颗价格往往在300元以上，而且体积已经有指甲片般大了。

那些对成本、空间要求很高的通信电子产品往往无法接受这样的VCO。

近几年，随着MMIC技术的发展，基于MMIC的VCO技术已经变得非常成熟。

其中Maxim很早就推出了相关的产品，比如MAX2753和MAX2624。

而Analog Devices并没有单独推出VCO MMIC的产品，而是将VCO和锁相环的其他部分（除了环路滤波器以外）集成在了一起，针对不同的频段推出了一系列的锁相环，从ADF4360-0 ~ ADF4360-8。

这些芯片几乎相同的引脚定义，同时内部控制寄存器每一位的定义也完全相同。

由于将VCO集成到了芯片内部，使得整个PLL系统的面积大大减小（至少50%以上），而且成本也得到了有效控制。

    ADF4360系列锁相环中，ADF4360-7和-8需要在片外设置两个电感来确定VCO所处的频段，相当于将VCO的电感部分移出至片外。

两个0603的电感并没有占据太大体积，但有两点必须注意：一个是电感到ADF4360芯片之间以及到接地平面之间的连线必须尽可能的短，而且电感必须使用线绕试的（比如使用Coilcraft 0603CS系列的RF电感。

如果使用普通叠层电感的话，VCO基本上不能起振）。

另一个问题就是ADF4360的每一个电源引脚一定要分别使用102和104的瓷片电容去偶。

    在准备设计硬件电路之前，需要仔细确定Schematic和各个元件的参数。

Schematic可以直接照搬ADF4360的Application Note上的，当然要把引脚附近对应的去偶电容加上去，而为了保证电源的稳定，可以采用MIC5527和MIC5565的低噪音LDO Regulator供电。

注意过大的、功率集中在某个频点上的电源纹波会给ADF4360的输出带来调幅AM寄生分量，而这种情况一定要绝对杜绝。

另外，在元件参数上对ADF4360而言，需要确定的参数包括VCO的电感值（仅限ADF4360-7,-8）和环路滤波器。

这两个参数可以通过使用Applied Radio Labs提供的ADISimPLL仿真软件来确定。

在使用仿真软件的时候，需要重点考察：相位噪音。

其中Channel Space和环路滤波器的带宽是决定相噪的重要参数（Ref Clk的相噪暂且不考虑的情况下）。

此时，在满足实际需要的情况下，我们要尽可能的减少相位噪音。

其中，提高鉴相频率是提升相噪性能的重要途径，当然此时损失了锁相环的频率步进精度。

ADF4360的鉴相频率只有8MHz，而ADF4106的鉴相频率则可以达到100MHz（来自数据手册），所以在这一点上，ADF4106显得更加专业了。

而8MHz的鉴相频率是足够的，但我在实验中发现，当我把鉴相频率设置在8MHz时，ADF4360有时能够锁定，有时却很不稳定，此时把鉴相频率降低到5MHz，这个问题就解决了（只是一个现象，目前尚未找到原因）。

而环路滤波器我通常采用2R3C结构的低通滤波器，具体元件的参数可以通过ADISimPLL仿真软件计算得出（得出的数值按照1%的精度的，可以找参数接近的5%的元件代换）。

最后一个问题就是ADF4360的输出级，ADI在数据手册上提供了两个选择，一个是直接输出，另一个就是LC的Balun。

LC的Balun保证了ADF4360的输出功率（据称可达-3dBm，我没有尝试过），只是在一个单独的频点上工作，带宽比较窄，不适合那种在一定频带内工作；而直接输出却只能得到单端的功率，实际只有-6dBm。

后来我尝试使用Transmission Line Balun来做差分转单端，效果很好：MiniCircuits的TC1-1-13M，或者是M/ACOMM的ETC1-1-13。

后者价格比较贵，50多元一枚。

    设计PCB时，注意按照RF PCB设计的原则办事。

板子电装时，注意我们的ADF4360采用了QFN（ADI称CSP，Chip Scale Package）封装，对于新手而言这个封装的引脚全部缩在封装底下（类似于BGA）。

如果你要进行手工电装，就要注意把焊盘往外拉伸0.3~0.5mm，否则你的烙铁都不知道从哪里下锡。

另外一定一定要注意封装正中央的那个接地+散热的焊盘不要忘记了：我的做法是先在这个焊盘的下面加那么一点儿锡浆（灰色粘稠的）然后小心盖上芯片，按照焊接TQFP的手法焊接芯片，最后把焊好的板子过一遍回流焊，让锡浆凝固。

焊完后在X光下检查一下锡浆是否溢出导致短路（由于液体表面张力的作用，这种情况是很少出现的。

我用的X光机是Feinwerks的）。

除此之外，就没什么别的了。

大家可以参考一下前几天我在Blog里面提到的IFLO-12的板子上ADF4360的布局（环路LPF在背面）。

    调试工作开始了，如果你的板子上上电的时候没有火光四溅的话，我们可以把精力集中在寄存器的设定时序与寄存器本身了。

ADF4360一共有三个寄存器，分别是F寄存器、R寄存器和N寄存器。

配置的顺序是加参考时钟 –> F寄存器 -> R寄存器 -> N寄存器。

前后顺序不能颠倒，否则ADF4360可能不能锁定。

很多人使用了单片机的GPIO口来配置ADF4360，而我则在IFLO-12中使用了状态机来配置，配置方法采用了“线性计数时序法”（以后我再介绍这个方法的HDL实现）。

计数时钟在10kHz左右，不能太高。

另外我还发现，如果ADF4360数据时钟占空比不稳定这可能导致配置失败。

关于ADF4360寄存器每一位的定义我就不想赘述了。

如果你是一个懒惰的人不想一步步的确定每一位的设定，那么我可以介绍一个更为明智的做法：使用ADF4360的评估板配套软件，哪怕你没有使用ADI的原装评估板，你也可以在这个软件的图形界面上完成对应的设置，最后点击Registers按钮即可看到最终的所有寄存器的值，节省了不少时间。

    对于一个锁相频率合成器，我们所要关心的绝对不仅仅只限于锁相环锁定以及我们所需要的频率能否输出。

在这些功能达到以后，对于输出信号的相位噪音、底噪音、Harmonics抑制、SFDR、AM旁瓣等等都是十分重要的指标。

ADF4360尽管可以满足绝大多数频率合成应用的需求，但是在上述指标上表现普通。

如果在一些对信号质量极为敏感的场合，我们仍然需要花大心思设计或者购买特殊的VCO配以诸如ADF4108这样的专业PLL来完成设计。

而对于3GHz以上的频率合成或者500MHz以上的调谐带宽，ADF4360同样是无能为力的。

频率合成技术在无线通信、T&M、网络、医学等领域经常扮演重要的角色，对此你有心理准备吗？

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