基于STM32F407+LMX2594的频率综合器程序设计

周文瑾 边丽菲

摘要：高性能的频率综合器会直接影响到雷达、通信、遥测遥控、电子对抗等电子系统的性能，其主要技术指标包括低相噪、低杂散、小步进、宽频带等。本文基于项目的实际需求，根据锁相合成技术，采用STM32F407+LMX2594研制了一款S频段步进为5MHz的频率综合器，并提供了一种用STM32F407实现LMX2594寄存器配置的参考。

关键词：频率综合器;锁相环;STM32F407;LMX2594

中图分类号：XXX;XXX      文献标识码： X

1 引言

频率综合器是现代通信系统的重要功能单元， 直接影响到雷达、通信、遥测遥控、电子对抗等电子系统的性能[1]。随着雷达等信息技术的发展，对频率综合器的稳定性、相位噪声、杂散等指标提出了越来越高的要求。基于项目的需求，我们采用了STM32F407+LMX2594的方案，研制了一款S频段步进为5MHz的频率综合器。

2  器件简介

2.1  LMX2594

LMX2594 是德州仪器生产的一款较高性能的宽带合成器，能产生10MHz 至15GHz 范围内的任何频率，其显著特点是实现非常低的带内噪声和集成抖动。高速N分频器没有预分频器，能够有效减少杂散的数量和振幅。还有一个可减轻整数边界杂散的可编程输入乘法器。LMX2594可以是单端输入输出，也可以是差分输入输出。参考信号先由管脚OSCINM 或 OSCINP 进入芯片，经过倍频，R分频器，然后再送到鉴相器。鉴相器的输出经过电荷泵后由管脚CPOUT输出至外部的环路滤波器，滤波后再经过管脚 VTUNE来控制VCO ，VCO 信号经过一个可编程的N分频器来控制需要的频率，最后通过RFOUT输出。

外部控制信号通过CSB、SCK、SDI管脚以总线的形式写进芯片内部寄存器;管脚MUXout可以配置锁定监控输出。LMX2594的输出频率计算公式：

Fout为芯片的输出功率;k为VCO的分频系数，根据芯片规定，k为0.5是倍频输出，k为1是基频输出，分频输出k只能设定为2～62的偶数;Fvco为VCO输出频率;Fpfd为鉴相器频率;R为参考支路分频系数;Nint为反馈支路分频系数的整数部分;Nfrac为反馈支路分频系数的小数部分;Fosc输入为晶振频率;OSC_2X可对输入Fosc进行基频和2倍频的配置。图1为LMX2594的功能框图[2]，从图中可以看出该芯片内部的各功能模块。

2.2  STM32F407

STM32F407STM32F407处理器内嵌ARM内核，最高运行频率为168MHz，它具有丰富的片内ROM、RAM资源及UART、SPI、I2C、CAN等接口，是一款在工程中经常使用的微控制器。

3 程序的设计与实现

3.1  LMX2594输出频率参数计算

工程中Fout从A口输出，LMX2594需要根据上位机下发指令，输出频率11000Mhz～16000MHz，步进5MHz。电路中Fosc输入为100MHz晶振，设置0SC_2X=2;R=1;k=1;所以在工程中LMX2594的实际输出频率公式变为：。

11000Mhz～16000MHz对应上位机指令中的0～1000。当上位机下发0时，Nint=55，Nfrac=0;当下发1时，Nint==55，Nfrac=0.025;所以我们选择小数部分分母PLL_DEN=1000;当下发2时，Nint==55，Nfrac=0.050;依此类推可知当下发40时，Nint=56，Nfrac=0;由此可以得到根据下发指令得到Nint和Nfrac的计算方法：

3.2  LMX2594寄存器配置

到此我们已得到了LMX2594输出频率和上位机指令的对应关系，就可以开始LMX2594的寄存器配置。LMX2594具有多达112个寄存器[2]，但大多数寄存器可以使用默认配置，工程中使用到的主要有PLL_N、PLL_F、PLL_DEN、MASH_ORDER、PFD_DELAY、OUTB_PD、OUTB_PWR，它们分别对应Nint、Nfrac、小数部分分母、小数整数输出选择（整数输出时MASH_ORDER=0，PFD_DELAY=1;小数输出时MASH_ORDER=3，PFD_DELAY=4）、B口输出选择及B口输出功率。

工程中我们使用STM32F407 IO产生SPI时序对LMX2594寄存器进行配置。LMX2594 SPI配置时序如图2所示。从图中可以看出一个SPI时序需要发送16bit数据，SDK上升沿采数，在16个SDK上升沿后，需要把CSB拉高2个SDK周期，完成数据锁存。

STM32F407程序采用C语言编写[3]，开发环境时KEIL uvision5，程序流程图如图3所示。

4 结论

经工程测试，STM32F407+LMX2594的频率综合器程序设计方案能满足系统稳定性、相位噪声、杂散等指标的要求。可以在其它相关项目中进行推广应用。

参考文献：

[1]刘韬.基于DDS频率源的设计与实现[J].电子科技，2013，Vol.26：56-58.LIU Tao.Design and Implementation of Frequency Source Based on DDS Device[J].Electronic Sci&Tech，2013 Vol.26：56-58.

[2]徐愛钧，彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计.电子工业出版社，2001.