基于FPGA芯片和頻率合成器ADF4360-4的GPS信號源的設(shè)計(jì)方案

　　ADF4360-4的3個寄存器數(shù)據(jù)寫入是通過ADI公司的FPGA芯片PlC6Q240C8的3個雙向I/O口來實(shí)現(xiàn)的，連接原理如圖4所示，FPGA芯片的3個雙向I/O口，分別連接ADF4360-4的LE腳、DATA腳、CLK腳，其中CLK為串行時(shí)鐘輸入，DATA為串行數(shù)據(jù)輸入，LE為加載使能。ADF4360-4初始化時(shí)序如圖5所示。首先由DATA腳在每個CLK的上升沿從MSB(最高有效位)開始依次寫入24位移位寄存器中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)LE腳的上升沿信號一次性將輸入的24 b數(shù)據(jù)加載到目標(biāo)寄存器，然后再進(jìn)行下一個目標(biāo)寄存器的初始化，其中C寄存器和N寄存器的賦值間隔應(yīng)該大于5 ms。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　數(shù)字電路模塊的核心是基帶/中頻模塊，采用ADI公司的FPGA芯片EPlC6Q240C8，該芯片采用130 nm工藝，邏輯單元有5 980個，在Quart-usⅡ8.O平臺下測試，測試結(jié)果是GPS信號調(diào)制占用邏輯單元337個，采用ModelSim仿真平臺，編寫TestBench測試文件，在ModelSim平臺下導(dǎo)出時(shí)長1 ms的GPS信號數(shù)據(jù)，在Matlab上進(jìn)行功率譜分析，仿真波形如圖6(a)所示，中心頻率是12.5 MHm將基帶/中頻模塊輸出的GPS中頻信號送到安泰頻譜分析儀AT5011進(jìn)行頻譜分析，頻譜波形如圖6(b)所示，信號中心頻率為12.5 MHz，中頻信號能量主要集中在主瓣上，仿真結(jié)果和實(shí)測結(jié)果相符合。

　　模擬電路的射頻模塊在進(jìn)行PCB電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮的問題是噪聲干擾，噪聲干擾是影響射頻電路性能的重要因素，在PCB布局時(shí)要考慮數(shù)字電路和模擬電路之間的干擾，大功率器件和小功率器件之間的干擾，供電電源的噪聲干擾，高頻線的布線及接地等因素。射頻模塊的驗(yàn)證是觀察是否將GPS中頻信號上變頻為1 575.42 MHz的信號，測試中將射頻模塊輸出的GPS射頻信號經(jīng)60 dB衰減后送到頻譜分析儀，頻譜顯示信號是一個單頻信號，中心頻率是1 575.4 MHz，測試符合系統(tǒng)設(shè)定要求。

　　4 結(jié)語

　　通過分析頻率合成器ADF4360-4的工作原理、性能特點(diǎn)及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，結(jié)合GPS信號源設(shè)計(jì)，提出了以FPGA芯片和頻率合成器為核心的GPS信號源的總體設(shè)計(jì)方案，分?jǐn)?shù)字電路和模擬電路兩部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并給出了實(shí)驗(yàn)測試。結(jié)果表明，以FPGA為核心的基帶/中頻模塊實(shí)現(xiàn)了GPS信號的BPSK調(diào)制，擴(kuò)頻調(diào)制，輸出了12.5 MHz的GPS中頻信號;以頻率合成器ADF4360-4為核心的射頻模塊完成了上變頻功能，將GPS中頻信號調(diào)制到射頻1 575.4 MHz上，測試滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。