前言

　　在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，對大容量、高速數(shù)據(jù)的無線傳輸提出越來越高的要求，許多廠商也推出基于802.11系列協(xié)議的射頻ic，并且無線路由器、藍(lán)牙等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對2.4ghz頻段的使用需求日益增多，但是除部分高端信號發(fā)生器具有2.4ghz頻段的信號產(chǎn)生，大多數(shù)普通信號發(fā)生器均未涉及2.4ghz頻段，開發(fā)涉及一種基于2.4ghz頻段的射頻信號發(fā)生器以滿足科研及教學(xué)儀器使用的需要。本文正是基于這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)成本低、性能可靠的2.4ghz頻段的射頻信號發(fā)生器。

　　系統(tǒng)方案

　　系統(tǒng)方案以儀器面板上的人機(jī)控制設(shè)定所要操作的工作頻率和基帶調(diào)制方式，經(jīng)由fpga進(jìn)行直接控制生成4種基本調(diào)制模式，即qpsk、16/64-qam、gmsk、fsk，并將基帶i/q兩路信號經(jīng)由串并轉(zhuǎn)換后送入ad9856將信號調(diào)制至70mhz的中頻信號，然后通過上混頻器max2671混頻至2450mhz的射頻信號，然后將混頻后的信號送入射頻濾波器，再由可控增益放大器將信號輸出。

　　2.4ghz頻段的射頻信號發(fā)生器框圖如圖1所示。

　　電路設(shè)計(jì)

　　信號調(diào)制電路

　　信號調(diào)制電路首先是fpga電路設(shè)計(jì)采用altera公司的ep1c20芯片，用vhdl編程實(shí)現(xiàn)由人機(jī)界面輸出控制信息，然后將控制信息對應(yīng)所要產(chǎn)生的信號，將信號輸出到ad9856。ad9856是adi公司的一款單片混合信號的12位積分?jǐn)?shù)字上行轉(zhuǎn)換器，采樣速率為200msps，產(chǎn)生80mhz的數(shù)字輸出和80db窄帶的無雜散信號動(dòng)態(tài)范圍。ad9856具有200mhz的內(nèi)部時(shí)鐘，集成帶鎖定指示器的4～20倍可編程時(shí)鐘倍頻器，提供高精度的系統(tǒng)時(shí)鐘，單端或者差分輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘，而且可以輸出數(shù)據(jù)時(shí)鐘;內(nèi)部32位正交dds，可實(shí)現(xiàn)fsk調(diào)制功能;12位dds和dac和數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)，可接受復(fù)合i/q輸入數(shù)據(jù);32位頻率控制字，采用與spi兼容的接口，用fpga控制可靠方便，串行時(shí)鐘為10mhz;具有反轉(zhuǎn)sinc功能，在dac變換之前恢復(fù)出想得到的信號包絡(luò)。利用ad9856產(chǎn)生調(diào)制信號的電路框圖見圖2所示。

　　圖1系統(tǒng)框圖

　　圖2 ad9856產(chǎn)生調(diào)制信號的電路

　　從圖2可以看到，在fpga內(nèi)進(jìn)行編碼調(diào)制，產(chǎn)生的i/q兩路信號經(jīng)由串并轉(zhuǎn)換后送入ad9856 中，在ad9856內(nèi)部有一個(gè)dds內(nèi)核,通過fpga控制產(chǎn)生正交本振信號送入正交調(diào)制器，每路通過2級分別與i/q信號相乘之后相加，產(chǎn)生正交調(diào)制信號，而具體的調(diào)制模式可以通過fpga的基帶信號編碼映射設(shè)計(jì)，最后通過12位dac變?yōu)檎徽{(diào)制的模擬差分信號輸出，接著用耦合射頻變壓器將輸出的差分信號轉(zhuǎn)換為單端信號，經(jīng)由70mhz的saw濾波器濾波，最后選用中頻放大器進(jìn)行信號放大，就可送入混頻器進(jìn)行混頻了。

　　混頻器電路

　　混頻電路對2.4ghz頻段的實(shí)現(xiàn)極為重要，主要完成將70m中頻信號調(diào)制到2.4ghz射頻，要求混頻電路的頻帶抑制型，這里選用maxim公司的專用2.4ghz頻段的max2671混頻芯片。max2671允許中頻輸入頻率在40mhz到500mhz之間，射頻輸出頻率在2.4ghz到2.5ghz之間。采用單端信號，內(nèi)部集成了一個(gè)單通道的乘法器，在2450mhz的射頻信號混頻輸出時(shí)，具有8.9db的增益，因此，本振信號在-10dbm到+5dbm之間均可。在輸入輸出匹配時(shí)，只需要很少的外圍器件，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　圖3 max2671電路

　　射頻本振信號電路設(shè)計(jì)

　　在信號發(fā)生器設(shè)計(jì)中，要將70mhz的中頻信號混頻至2450mhz的ism頻段的射頻信號，需要產(chǎn)生射頻本振信號，頻率為2380mhz。本振信號電路采用pll+vco的鎖相環(huán)路提供本振信號，具有精度和穩(wěn)定度高、頻率可變等優(yōu)點(diǎn)，方便在以后頻率資源調(diào)整或擴(kuò)展。本振信號的頻率穩(wěn)定度很重要，這部分設(shè)計(jì)以集成電路為核心，采用adi公司的頻率合成器adf4113和maxim公司的壓控振蕩器max2750，其原理框圖如圖4所示。

　　圖4射頻本振信號電路框圖

　　為控制頻率合成器通過fpga模擬3線串行接口信號時(shí)序來控制鎖相環(huán)頻率合成器adf4113，根據(jù)adf4113內(nèi)部完成參考晶振的頻率和壓控振蕩器(vco)的頻率(經(jīng)除n分頻 器)相位差的比較，并轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的線性電壓輸出，經(jīng)低通濾波器(lpf)慮除高頻干擾后，獲得一較為穩(wěn)定的電壓，控制vco的振蕩頻率輸出，從而獲得所需要的2380mhz本振信號。

　　adf4113是adi公司的一款高性能頻率合成器，最高工作頻率達(dá)到4ghz。adf4113主要由一個(gè)低噪聲數(shù)字鑒相器(pfd)、一個(gè)精密電荷泵、一個(gè)可編程參考分頻器、可編程a(6bit)及b(13bit)分頻計(jì)數(shù)器和一個(gè)雙模分頻器(p/p+1)構(gòu)成。max2750是maxim公司用于2.4ghz到2.5g