锁相环电路设计和调试心得

http://www.c114.net ( 2007/12/17 11:21 )

1． 锁相环的设计的起因：

这个电路设计的初衷就是为了我项目中的DDS电路提供可选的时钟输入。因为我选用的DDS电路本身自带有内部的倍频器，其实现的方法就是内部的锁相环。开始我一位内部的锁相环会比我自己外部设计性能更好，但是后来查到AD的技术资料，发现内部的锁相环的性能并不是达到很好的配置，仔细一想，也是这样的，因为外部的环路滤波器的配置对于任意的频率都如此，显然没有经过精心设计的更加有效果。鉴于上面分析的原因，我把采用锁相环提供时钟作为一项可选的优化方案。

再有一个原因，就是大学的时候采用的锁相环，到最后也没有调好，所以对这件事情还是老放不下，所以想借此机会完善一下这个过程。

2． 锁相环的设计过程：

整个设计过程，比起dds电路来说，时间是非常的短的。原因之一就是整个PLL的设计就是一个芯片实现。比大学的PLL要简单一些。再有就是，这个毕竟不是项目的重点，而是一个改进方案。电路板采用两层板设计，环路滤波器在背板设计。环路滤波器的设计采用AD公司的ADSIMPLL。开始的供电设计，由于电路板的走线上比较困难，所以采用多处引线的方法。后来调试过程中发现，这样做是在是太麻烦，也比较危险，因为万一出现加反电，或加错电压就危险了。所以我建议以后做电路时，采用通用的便携式的变压器插头，这样调试起来就非常的简单了，不用再依赖于庞大的稳压电源了，而且绝对不会出现危险。调试时发现电路中的测试点对于测试非常的方便，对于地，可以留两个焊盘，然后安装弧形的金属勾，这样对于采用示波器测试是非常方便的，可以很方便的用小架子加上。再有就是安装孔的问题，内径为3mm的安装空可以采用通用的八角螺母进行固定，这样对于调试和焊接，即方便有安全。在一个就是SMA接头到底是选朝上的还是侧面的，其实再对于空间和对接口电路要求来考虑。在PCB 中间的接头肯定是选朝上的。如果没有别的要求，在电路板的边上的信号尽量采用侧面的接头。调节电流在技术资料上说是典型为50uA,最大值为100uA.我采用的是50K的电位器调节。25K*50uA=1.25V。显然由于输入的变化造成输出的变化是一定的。建议以后采用值比较小的电阻或电位器。

3． 锁相环的调试过程：

真正是调试才能发现设计中的问题。太哦是工程的第一件就是先调节电源电路。在电电原的调试过程中，我发现LM317输出总是受到输入的影响。可能就是因为调节端子的电流在输出端产生的电压太大了，这个原因可能和我采用比较的大电位器来作为调节电阻有关。

着就是晶振的问题。我采用的是KSS的晶振。发现这个晶振每个的引脚在晶振的下面，而后每个引脚的侧面有两个小的引脚，后来发现其中的一个并没有和下面的引脚连在一起。在第一次焊接的时候就是没有注意到这个问题，然后把侧面的两个都连上，最后没出信号。后来正确的安装后就号了。引脚的顺序，带点的引脚和与其相邻的引脚要接3.3V的电压，一个是电源引脚另一个是选通引脚。与带点的引脚相对角的是输出引脚。另一个引脚接地，整个晶振的外壳是接地的。因为这个资料不太好查，所以这里说明一下供以后参考。

这些配置完，然后按照仿真的结果把环路滤波器电阻和电容安装好。接着就是单片机程序的调试了。我特意在一次机会买了个特价的PIC 单片机的调试工具PICKIT2 DEBUG express,后来买到之后发现这个的调试功能有限，不能支持PIC12xx系列的单片机。这个对于我的调试极为的不方便。这的进行烧写。在烧写过程中也一直报错，原因好像是USERID的问题，后来经过几次的尝试，始终不行。最后我采用的是开发板自带的pic单片机PIC16F917,开始的时候采用SPI 模式进行工作，但是后来一直不太理想。最后采用最原始的高低电平的变换来模拟时钟的方法。最后采用这种方法成功了。但是其中还是遇到了很多的问题。开始我并不是很清楚PIC 单片机的存储结构的问题。PIC 的单片机有程序存储器和数据存储器。对于PIC16F917来说，他的程序存储器和数据存储器都有四个页面。当程序很长时，需要占用多个页面。但是目前我还没有学要那么长。是否在不同页面调用程序要切换程序存储器页面，还没研究过。但是在数据存储器间进行访问时，一定要这样切换页面。

一般的主要是若干个特殊的寄存器的频繁的使用问题。

这个问题解决了之后，在调试的过程还是不太理想。我跟本不知道我写入的控制字到底有没有写到PLL 的寄存器中，因为我得频谱仪上一直有信号，让我我发判断输出的不正确是1。由于环路滤波器的失锁，还是由于我得2。控制字写错了，还是我得3。控制字根本没写进去，后来我把控制字中的一项，使得芯片进入Power_ down模式，马上输出没了，这样我排除了情况3的可能性，说明我写入的方式是正确的，已经被芯片所接受。接着我采用AD公司关于ADF4360-7评估板的配套软件，通过设置我得选项，然后我发现他显示的寄存器的的值和我设置的一样，所以我排除了情况2。在调试的时候我相应的改变了一些N的值，发现却是输出有变化，但是这并没起我太多的注意。但是我发现这些值都比我设置的500M 的频率要小。后来我又反查了一下公司的资料，发现有一个应用电路，输出50M，然而却采用的是13nH的电感对芯片的内部的VCO进行配置。而我使用仿真软件算出来的是15nH的值。后来我发现资料上有一个曲线，就是每个频率段对应的电感值。后来发现15nH应该是理想值。如果按照实际来算的话，VCO 的中心频率应该在430Mhz左右（不一定准确，读图得到的值）。这样我就特意的把N的值减小，发现果然有效果。再这过程中，因为使用时忘记了按上了频谱仪的MAKER跟踪功能，所以每次改变N的时候，我看到了信号频谱有一个抖动，但是最后还是在屏幕的正中，后来才发现其实MAKER的值已经变了，只是被重新锁定到屏幕中央了。后来经过改动几次N值，发现基本上可以，但是输出的信号还是比设定的频率要低一些。最后测试了以下晶振的频率，发现晶振并没有在25M,而是24.1M的样子，这样基本上差不多了。输出频率也非常的稳定。

再有一个需要说的是，这次通过频谱仪观测晶振的时钟才发现晶振输出的方波又丰富的谐波分量，2，3，4次谐波的功率并不比基频小多少，小差不多10dBm的样子。才知道通过取谐波来获得高频是可取的。

4． 电路需要进一步完成的工作：

首先，我要还一个13nH的电感，但是后来我没买到，这个只能自己来用线圈来绕，然后固定了。接着就是PIC16F917的SPI 模式的调试工作，因为这个我以后还要用，所以肯定有一天要解决。在一个就是PIC 12XX单片机的烧写问题，可能我上次没成功写入，原因是可能单片机已经坏了。这些工作以后要逐渐来完成。

5． 技术之外的事：

这次能够很快的调出电路，还有一个重要的原因，就是我厚着脸皮把频谱议搬到实验室，这样才能够和我得机器一起来调试，从而才能发现以上的问题，进一步解决。想想这个事，我最多被说两句，但是电路调好了，谁还会说那，况且我已经和老师打了招呼。反而问题解决不了，在乱处找借口，才是不应该的，也是老师和领导最讨厌的。

6． 总结

执着的做一件事，总会有回报的。

来源：阿里互联电子网