CDMA手機中頻率合成器設計方案

一、引言

隨著移動通信技術的發展，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用。在CDMA手機中，頻率合成器（Frequency Synthesizer）起著至關重要的作用，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的通信質量和穩定性。本文將詳細討論CDMA手機中頻率合成器的設計方案，包括主控芯片型號的選擇、設計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路（PLL）構成，鎖相環是一種相位負反饋系統，它利用環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，實現鎖定輸出頻率的功能。

2.1 鎖相環的基本組成

鎖相環主要由以下幾個部分組成：

1. 參考源：提供高穩定度的參考頻率信號。

2. 可變數字分頻器：對參考頻率信號進行分頻。

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）：根據鑒相器輸出的誤差信號調整輸出頻率。

2.2 鎖相環的工作原理

環路輸入信號是一個高穩定度的參考源經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N次分頻后得到頻率為fN的脈沖信號，在鑒相器進行相位比較。當環路鎖定時，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手機中的作用

在CDMA手機中，頻率合成器的作用主要體現在以下幾個方面：

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

2. 支持多頻段和多模式：隨著移動通信技術的發展，手機需要支持多個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通信質量的重要因素，頻率合成器需要通過優化設計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，需要考慮多個因素，包括相位噪聲、體積、功耗、價格以及集成度等。以下是一些常用的主控芯片型號及其特點：

4.1 LM2332

LM2332是國家半導體公司生產的一款高性能PLL芯片，適用于CDMA手機中的頻率合成器。其主要特點包括：

• 低相位噪聲：LM2332具有較低的相位噪聲，能夠滿足CDMA手機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公司生產的一款可編程PLL芯片，適用于多種無線通信應用，包括CDMA手機。其主要特點包括：

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

• 快速轉換時間：ADF4118具有較快的頻率轉換時間，有助于手機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，能夠提高通信質量。

• 可編程性：ADF4118具有可編程性，可以通過編程實現不同的頻率合成參數，提高設計的靈活性。

4.3 TCXO

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

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

• 低功耗：TCXO功耗較低，有助于延長手機的電池壽命。

• 小型化：TCXO體積較小，便于集成在手機電路中。

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

五、頻率合成器的詳細設計方案

以下是一個基于LM2332的頻率合成器詳細設計方案：

5.1 電路設計

1. 參考源：選用一個高穩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. 可變數字分頻器：在鎖相環路的反饋支路中插入一個可變數字分頻器，對VCO的輸出信號進行分頻，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. 環路濾波器：選用無源三階環路濾波器，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，根據鑒相器輸出的誤差信號調整輸出頻率。

5.2 元器件選擇

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

2. 可變數字分頻器：選用一款高性能的可變數字分頻器芯片，如ADF4106，實現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。

4. 環路濾波器：選用無源三階環路濾波器，通過計算確定元件參數，以滿足設計要求。

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。

5.3 電路設計優化

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。

• 優化環路濾波器的設計，提高濾波效果。

• 在電路中增加輔助濾波器，進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字分頻器芯片，如ADF4106。

• 對晶體振蕩器進行校準，提高頻率穩定度。

• 在設計中考慮溫度補償，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，如將鑒相器和環路濾波器集成在一起。

5.4 性能測試與驗證

在完成電路設計后，需要對頻率合成器進行性能測試和驗證，以確保其滿足設計要求。測試內容主要包括：

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計要求。

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計要求。

4. 轉換時間：測試頻率合成器的頻率轉換時間是否滿足快速切換的需求。

5. 穩定性：測試頻率合成器在不同溫度條件下的穩定性是否滿足要求。

六、結論

本文詳細討論了CDMA手機中頻率合成器的設計方案，包括主控芯片型號的選擇、設計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化電路設計，可以實現低相位噪聲、高分辨率和快速轉換的頻率合成器，滿足CDMA手機對頻率合成器的高要求。同時，通過性能測試和驗證，可以確保頻率合成器的性能滿足設計要求，為CDMA手機的通信質量和穩定性提供有力保障。