CDMA手机中频率合成器设计方案

一、引言

随着移动通信技术的发展，CDMA（Code Division Multiple Access）作为新一代的工作制式正得到广泛的研究和应用。在CDMA手机中，频率合成器（Frequency Synthesizer）起着至关重要的作用，特别是在射频前端上下变频部分作为本振源，其性能直接影响到手机的通信质量和稳定性。本文将详细讨论CDMA手机中频率合成器的设计方案，包括主控芯片型号的选择、设计中的作用以及具体型号的分析。

二、频率合成器的基本原理

频率合成器主要由锁相环路（PLL）构成，锁相环是一种相位负反馈系统，它利用环路的窄带跟踪与同步特性，将鉴相器一端压控振荡器（VCO）的输出相位与另一端晶振参考的相位保持同步，实现锁定输出频率的功能。

2.1 锁相环的基本组成

锁相环主要由以下几个部分组成：

1. 参考源：提供高稳定度的参考频率信号。

2. 可变数字分频器：对参考频率信号进行分频。

3. 鉴相器：比较参考频率信号和VCO输出信号的相位差。

4. 环路滤波器：滤除鉴相器输出信号中的高频噪声和干扰。

5. 压控振荡器（VCO）：根据鉴相器输出的误差信号调整输出频率。

2.2 锁相环的工作原理

环路输入信号是一个高稳定度的参考源经Rref次分频后，频率为fr的脉冲信号。它与压控振荡器的输出经N次分频后得到频率为fN的脉冲信号，在鉴相器进行相位比较。当环路锁定时，压控振荡器输出频率fo=Nfr，改变分频比N，就可以改变输出频率。

三、频率合成器在CDMA手机中的作用

在CDMA手机中，频率合成器的作用主要体现在以下几个方面：

1. 提供稳定的本振信号：频率合成器作为射频前端上下变频部分的本振源，需要提供稳定、准确的频率信号，以保证手机在通信过程中的信号质量和稳定性。

2. 支持多频段和多模式：随着移动通信技术的发展，手机需要支持多个频段和多种通信模式，频率合成器需要具备宽频带、高分辨率和快速转换的能力，以满足不同频段和模式的需求。

3. 降低相位噪声和杂散干扰：相位噪声和杂散干扰是影响手机通信质量的重要因素，频率合成器需要通过优化设计和选用高性能元器件，降低相位噪声和杂散干扰，提高通信质量。

四、主控芯片型号的选择

在选择频率合成器的主控芯片时，需要考虑多个因素，包括相位噪声、体积、功耗、价格以及集成度等。以下是一些常用的主控芯片型号及其特点：

4.1 LM2332

LM2332是国家半导体公司生产的一款高性能PLL芯片，适用于CDMA手机中的频率合成器。其主要特点包括：

• 低相位噪声：LM2332具有较低的相位噪声，能够满足CDMA手机对频率合成器的高要求。

• 宽频带：LM2332支持较宽的频率范围，适用于不同频段和模式的需求。

• 低功耗：LM2332功耗较低，有助于延长手机的电池寿命。

• 易于集成：LM2332具有较高的集成度，便于与其他元器件集成在一起，减小电路板的体积。

4.2 ADF4118

ADF4118是Analog Devices公司生产的一款可编程PLL芯片，适用于多种无线通信应用，包括CDMA手机。其主要特点包括：

• 高分辨率：ADF4118具有高分辨率的频率合成能力，能够满足CDMA手机对频率精度的要求。

• 快速转换时间：ADF4118具有较快的频率转换时间，有助于手机在不同频段和模式之间快速切换。

• 低相位噪声：ADF4118具有较低的相位噪声，能够提高通信质量。

• 可编程性：ADF4118具有可编程性，可以通过编程实现不同的频率合成参数，提高设计的灵活性。

4.3 TCXO

TCXO（Temperature Compensated Crystal Oscillator）是一种温度补偿晶体振荡器，适用于对频率稳定度要求较高的应用，如CDMA手机中的频率合成器。其主要特点包括：

• 高稳定度：TCXO具有较高的频率稳定度，能够在不同温度条件下保持稳定的输出频率。

• 低功耗：TCXO功耗较低，有助于延长手机的电池寿命。

• 小型化：TCXO体积较小，便于集成在手机电路中。

• 易于校准：TCXO可以通过校准提高频率精度，满足CDMA手机对频率合成器的高要求。

五、频率合成器的详细设计方案

以下是一个基于LM2332的频率合成器详细设计方案：

5.1 电路设计

1. 参考源：选用一个高稳定度的晶体振荡器作为参考源，提供频率为fr的参考信号。

2. 可变数字分频器：在锁相环路的反馈支路中插入一个可变数字分频器，对VCO的输出信号进行分频，得到频率为fN的脉冲信号。

3. 鉴相器：选用LM2332作为鉴相器，比较参考信号和fN信号的相位差，输出误差信号。

4. 环路滤波器：选用无源三阶环路滤波器，滤除鉴相器输出信号中的高频噪声和干扰。

5. 压控振荡器（VCO）：选用一款高性能的VCO芯片，如MURATA公司的MQK002-967，根据鉴相器输出的误差信号调整输出频率。

5.2 元器件选择

1. 晶体振荡器：选用一款高稳定度的晶体振荡器，如频率为19.68MHz的TCXO，提供稳定的参考信号。

2. 可变数字分频器：选用一款高性能的可变数字分频器芯片，如ADF4106，实现宽频带和高分辨率的频率合成。

3. 鉴相器：选用LM2332作为鉴相器芯片，具有低相位噪声和高集成度的特点。

4. 环路滤波器：选用无源三阶环路滤波器，通过计算确定元件参数，以满足设计要求。

5. 压控振荡器（VCO）：选用MURATA公司的MQK002-967作为VCO芯片，具有高性能和低相位噪声的特点。

5.3 电路设计优化

1. 降低相位噪声：为了降低相位噪声，可以采取以下措施：

• 选用低相位噪声的元器件，如LM2332和MQK002-967。

• 优化环路滤波器的设计，提高滤波效果。

• 在电路中增加辅助滤波器，进一步滤除高频噪声和干扰。

2. 提高频率精度：为了提高频率精度，可以采取以下措施：

• 选用高分辨率的可变数字分频器芯片，如ADF4106。

• 对晶体振荡器进行校准，提高频率稳定度。

• 在设计中考虑温度补偿，减小温度变化对频率的影响。

3. 减小电路体积：为了减小电路体积，可以采取以下措施：

• 选用小型化的元器件，如TCXO和LM2332。

• 优化电路板布局和布线，减小电路板的面积和高度。

• 采用集成度较高的芯片，如将鉴相器和环路滤波器集成在一起。

5.4 性能测试与验证

在完成电路设计后，需要对频率合成器进行性能测试和验证，以确保其满足设计要求。测试内容主要包括：

1. 输出频率范围：测试频率合成器的输出频率范围是否满足设计要求。

2. 频率精度：测试频率合成器的频率精度是否满足CDMA手机的要求。

3. 相位噪声：测试频率合成器的相位噪声是否满足设计要求。

4. 转换时间：测试频率合成器的频率转换时间是否满足快速切换的需求。

5. 稳定性：测试频率合成器在不同温度条件下的稳定性是否满足要求。

六、结论

本文详细讨论了CDMA手机中频率合成器的设计方案，包括主控芯片型号的选择、设计中的作用以及具体型号的分析。通过选用高性能的元器件和优化电路设计，可以实现低相位噪声、高分辨率和快速转换的频率合成器，满足CDMA手机对频率合成器的高要求。同时，通过性能测试和验证，可以确保频率合成器的性能满足设计要求，为CDMA手机的通信质量和稳定性提供有力保障。