AD9361寄存器功能笔记之本振频率设定

　LO的产生过程如图：

　

　各个模块都有高灵活性。

　1、参考时钟即是AD9361全局参考时钟，可以是外接晶振的片上DCXO，或是外部输入的有驱动能力的时钟信号。根据FM-COMMS5的设计，参考时钟可以使用时钟Buffer + 40MHz晶振构成的参考频率源。

 　（1）关于DCXO的说明：DCXO即数控晶体振荡器，AD9361通过外接晶体和内部数控电容构建DCXO，外接晶体谐振频率需要在19MHz~50MHz 范围内。数控电容对于外接晶振的微调范围是±60 ppm。因此DCXO输出频率范围大致在20MHz~50MHz。

　相关的寄存器：（说明：[4]表示这个寄存器的从低到高第4位，共有第0位到第8位；有些功能是多个寄存器联合表示）

　

　（2）关于外部输入时钟的说明：外部输入时钟频率范围是5MHz~320MHz（推荐在19MHz~80MHz范围内），注意输入信号幅度不要超过1.3Vpp。

　2、预分频/倍频可以对参考时钟进行预处理，即×2 ×1 ÷2 ÷4，这样的预处理可以完成时钟和后级鉴相器的隔离，同时调整频率使得PD正常工作。

　相关的寄存器：

　

　3、核心部件小数-N分频锁相环，包含频率合成经典结构：电流泵鉴相器、可编程环路滤波器，压控LC振荡器（VCO），小数分频器。

　　RF-PLL的结构图：

　　

　（1）鉴相器。正常工作前需要校准。其输出电流大小可以进行调节，范围0.1mA~6.4mA，步进100uA。

　　相关寄存器：（这些是Rx-PLL的电荷泵）

　　

  　　Tx-PLL的电荷泵寄存器地址是把第二个字加4，如0x23B变为0x27B，0x246变为0x286，etc.

　　（2）环路滤波器。环路滤波器由电阻电容组成，每一个阻值容值都可以改变，字长4bit，4'b0000表示最小值，4'b1111表示最大值。除了电容C3，每一个元件都有使能位。电阻除能表示短路（0R），电容除能表示开路（0pF）。

　　　

　　　RC参数计算公式：（上方有横线表示位取反，Bypass表示使能位）

　　　　

　　　　

　　　　

　　　　

　　　　

　　　每个元件所有可能的标称值之表格：

　　　

　

　　　为了获得良好的性能，ADI建议使用官方表格中的参数。

　　　ADI给了6张表，分别是在TDD和FDD模式下，电荷泵输入的参考信号频率为40MHz，60MHz和80MHz时的配置。电荷泵实际输入参考信号频率与表的对应关系是：

　　　

　　　先给出配置表：（寄存器的值以十进制表示）

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　

　　　表格使用方法：

　　　[1] 根据工作模式（TDD/FDD）和鉴相器（即电荷泵）参考频率，从6个表中选择一个。

　　　[2] 根据VCO的频率，选择合适的一行。先根据需要的本振频率，确定RF-PLL中VCO的频率。本振频率和VCO频率是“2^n”分频的关系，因此对本振频率进行累乘2，使其落在6GHz~12GHz，就得到期望的VCO工作频率Fd。Fd需要大于等于这一行中的VCO Frequency，并且小于上一行的VCO Frequency。该行对应了一组RF-PLL的配置值。

　　　[3] 注意：每个表的表头有VCO CAL COUNT值，表示VCO频率校准计数长度，可能的值为128，256，512，1024.（详见VCO部分）在TDD模式下，VCO校准时间短，不进行温度补偿；在FDD模式下，VCO校准时间长，并且进行温度补偿。

　　　相关寄存器：

　　　

　　（3）压控振荡器。VCO工作频率为6GHz~12GHz，正常工作之前需要向寄存器写好VCO的各种参数，然后执行VCO自动校准。

　　　关于VCO校准的一点说明：

　　　[1]以下3种行为会触发VCO自动校准：①当器件状态从WAIT变为ALERT；②TDD模式下，RF频率综合器从掉电休眠状态变为ALERT；③RF频率综合字最低位发生写入。

　　　[2]VCO校准发生前，需要将RF-PLL环路内所有部件的参数设定写入好，包括电荷泵电流大小、环路滤波器参数、频率合成字等等。

　　　[3]电荷泵校准必须在VCO校准之前进行。

　　　[4]TDD模式下，Tx RF-PLL和Rx RF-PLL会交替进行掉电休眠和校准。

　　　当通过ENABLE和TXNRX进行收发切换，TXNRX直接控制了RF-PLL的工作状态：上电振荡还是掉电休眠。因此TXNRX的跳变只能在ALERT状态下发生，而不许在TX和RX状态下变化TXNRX。

　　　在ALERT状态下，如果TXNRX信号从0变1，则Rx-PLL掉电休眠，Tx-PLL上电工作；如果TXNRX信号由1变0，则Rx-PLL上电工作，Tx-PLL掉电休眠。时序图标出了TDD模式下收发VCO进行校准的时机。

　　　

　　　[5]当AD9361工作在FDD模式，需要更长的VCO校准时间，因为收发频率合成器都始终工作，需要精确的校准来对抗温度变化；在TDD模式，可以减少每次校准时间，因为设备收/发状态持续时间都较短，收发状态切换频繁，校准次数大大增加，温漂不明显。

　　　校准时间计算：

　　　

　　　用MATLAB计算RF-VCO校准时间：

clc; clear; close all;
%% Basic Param
REF_CLK = 40;  % MHz
SCALE = 2;  % Pre-scaler Factor
VCO_CAL_COUNT = 3;  % 0->127, 1->256, 2->512, 3->1024%% Derived Param
wait_2 = 8/REF_CLK + 18/(REF_CLK*SCALE);
wait_alc = 40/(REF_CLK*SCALE);
N_count = 2^(7+VCO_CAL_COUNT);%%
max_calib_time_us = 2 + wait_2 + 9*((12+N_count)/(REF_CLK*SCALE) + wait_alc);disp(['max RF-PLL Calib Time = ', num2str(max_calib_time_us), 'us']);

　　　[6]VCO校准可以被关闭。

　　　[7]校准完成标志位是：Rx PLL Lock @ 0x247[1]和Tx PLL Lock @ 0x287[1]。

　　　相关寄存器：

　　　

　　（4）小数分频器。分频器决定VCO稳定时的输出频率。

　　　频率合成字的整数和小数部分计算方法：

　　　

　　　其中F_REF是RF-PLL的输入参考频率，和上面的REF_CLK是一回事。F_RFPLL是VCO的输出频率（注意这个频率范围是6GHz~12GHz）。

　　　N_Integer是11bit的整数部分，N_Fractional是23bit的小数部分。（8388593接近2^23=8388608）

　　　小数分频器中使用抖动（Dither）技术，使得频率字小数部分的末位伪随机化，来降低杂散。

　　　相关寄存器：（Tx对应的寄存器地址是Rx地址+0x040，如Rx的0x231对应Tx的0x271）

　　　

　4、2分频链。VCO输出经过2分频得到本振信号。

　　

　　分频器还包含了正交移相器。

　　分频系数是由期望的本振频率指定的。关系如下：

　　

　　分频值和寄存器设定值的关系是：

　　

　　相关寄存器：