第48卷第1期（总第187期）
2019年3月
火控雷达技术
Fire Control Ｒadar Technology
Vol.48No.1（Series 187）
Mar.2019
收稿日期：2018-10-24作者简介：饶睿楠（1977－），男，高级工程师。
研究方向为频率综合器及微波电路技术。
24GHz 射频前端频率合成器设计
饶睿楠
王
栋
余铁军
唐
尧
（西安电子工程研究所西安710100）
摘要：随着微波射频集成电路集成度越来越高，
24GHz 频段的高集成雷达收发芯片逐渐大规模使用。
其中英飞凌科技公司的24GHz 锗硅工艺高集成单片雷达解决方案就是其中具有代表性的一种，被大量应用在液位或物料检测、照明控制、汽车防撞、安防系统。
FMCW 为此种应用最多采用的信号调制方式。
本文采用锁相环频率合成方案，产生系统所需的FMCW 调制信号。
关键词：24GHz 射频前端；FMCW ；频率综合器BGT24AT2ADF4159中图分类号：TN95文献标志码：A 文章编号：1008－8652（2019）01－066－04
引用格式：饶睿楠，王栋，余铁军，唐尧．24GHz 射频前端频率合成器设计［
J ］．火控雷达技术，2019，48（1）：66－69．
DOI ：10．19472/j．cnki．1008－8652．2019．01．014
Design of a Frequency Synthesizer for 24GHz ＲF Front Ends
Ｒao Ｒuinan ，Wang Dong ，Yu Tiejun ，Tang Yao
（Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute ，Xi'an 710100）
Abstract ：With the increasing integration of microwave and radio-frequency integrated circuits ，highly integrated
radar transceiver chips in 24GHz band have gradually found large-scale applications．Among those chips ，Infineon's
24GHz SiGe monolithic radar solution is a typical one．It has found wide applications in liquid （or material ）detec-tion ，lighting control ，automotive collision avoidance ，and security systems．FMCW is the most widely used signal modulation method in these applications．This paper uses PLL frequency synthesis scheme to generate FMCW mod-ulation signals required by the system．
Keywords ：24GHz ＲF front end ；FMCW ；frequency synthesizer ；BGT24AT2；ADF4159
0引言
24GHz 频段雷达大量用于液位检测、照明控制、汽车防撞、安防等领域。
近年来由于微波集成电路的高速发展，单芯片电路集成度越来越高，出现了一大批高集成、多功能的射频微波集成电路，以前需要几片或十几片芯片的电路被集成在一片集成电路之中。
英飞凌公司推出的基于锗硅工艺的高集成单片雷达解决方案就是其中对具代表性的产品之一。
FMCW 信号调制方式被广泛的应用于此类产品。
本文采用英飞凌公司BGT24AT2单片信号源芯片与ADI 公司ADF4159锁相环芯片构成24GHz 射频前端频率合成器部分，产生了24GHz 24．2GHz FM-CW 发射信号。
1BGT24AT2锗硅24GHz MMIC 信号源芯片基本指标
BGT24AT2是一款低噪声24GHz ISM 波段多功能信号源。
内部集成24GHzVCO 和分频器。
3路独立的ＲF 输出可分别输出+10dBm 的信号，通过SPI 可对输出信号功率进行控制。
发射信号的快速脉冲和相位反向可通过单独的输入引脚或通用的SPI 控制接口进行控制。
片内集成输出功率及温度传感器，可对芯片工作情况进行监控。
芯片工作的环境温度为－40ħ 125ħ，满足汽车级环境应用要求。
封装为32脚VQFN 封装，单3．3V 电源供电，节省了大量板上空间。
其原理框图如图1所示。
第1期饶睿楠等：24GHz
射频前端频率合成器设计
图1BGT24AT2系统框图
2ADF4159锁相环芯片基本指标
ADF4159是一款具有调制、以及快速和慢速波形产生能力的13GHz 小数N 分频频率合成器，该器件使用25位固定模数，提供次赫兹频率分辨率。
ADF4159由低噪声数字鉴频鉴相器（PFD ）、精密电荷泵和可编程参考分频器组成。
该器件内置一个∑－Δ型小数插值器，能够实现可编程模数小数N 分频。
INT 和FＲAC 寄存器可构成一个N 分频器（N =INT +（FＲAC /225））。
ADF4159可用于实现频移键控（FSK ）和相移
键控（PSK ）调制。
还有一些可用的频率扫描模式，可在频域内产生各种波形，例如锯齿波和三角波。
扫描可以设置为自动进行，也可以设置为通过外部脉冲手动触发每个步骤。
ADF4159具有周跳减少电路，可进一步缩短锁定时间，而无需修改环路滤波器。
所有片内寄存器均通过简单的三线式接口进行控制。
ADF4159采用2．7V 至3．45V 模拟电源和1．62V 至1．98V 数字电源供电，不用时可以关断。
芯片工作的环境温度为－40ħ 125ħ，满足汽车级环境应用要求。
ADF4159原理框图如图2所示。
图2ADF4159系统框图
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火控雷达技术第48卷
324GHz 射频前端频率合成器方案
根据雷达系统实现的任务目标，信号形式选择
为24GHz 24．2GHz 的外脉冲触发的带延迟的锯齿
斜坡信号。
具体系统框图如图3所示。
图324GHz 射频前端频率合成器系统框图
系统采用50MHz 温补晶振提供ADF4159所需的
参考信号，BGT24AT2中VCO 分频器设置为1/16，将
分频后的VCO 频率反馈给ADF4159，
ADF4159通过环路滤波器与BGT24AT2的VCO 调谐端相连接形成整个PLL 倍频系统。
FPGA 设置ADF4159工作在single sawtooth ramp 工作模式下，由FPGA 提供外脉冲触发锯齿波的产生。
锁相环环路参数设置及具体框图如图4所示。
图4锁相环参数设置
锁相环环路带宽设置为288kHz ，相位余量45ʎ，鉴相频率50MHz ，环路仿真如图5所示，时域锯齿波
波形仿真如图6所示。
图5PLL 环
路仿真图
图6PLL 时域锯齿波产生仿真图
424GHz 射频前端频率合成器工程实现
电路基板选择4层微波混压板，顶层板芯选择
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第1期饶睿楠等：24GHz 射频前端频率合成器设计
罗杰斯ＲO4350B ，其它板材为FＲ－4。
工程实现如图7所示。
图7
实际成品外观
有关参数如下：
1）系统杂散为：＜－60dBc ；
2）系统相噪为：
＜－81dBc /Hz@10kHz ；＜－100dBc /Hz@1MHz 。
5结束语
本文使用英飞凌BGT24AT2信号源芯片及ADF4159锁相环芯片实现了24GHz 射频前端频率
合成器的设计，实现了24GHz 24．2GHz LFMCW 信号的产生。
这种设计方案可方便的移植到如BGT24MTＲ11（单发射单接收通道）、BGT24MTＲ12（单发射双接收通道）等相近结构的同系列产品中，也可方便的移植到厦门意行SG24T1或SG24TＲ1等和英飞凌系列芯片同属性产品中。
参考文献：
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