LMX2820芯片即时校准配置之终极篇

FPGA工程师之NANA

3636人浏览 · 2025-02-13 17:52:37

FPGA工程师之NANA · 2025-02-13 17:52:37 发布

一、前言

LMX2820是TI公司的一款锁相芯片，广泛应用于射频领域。本人是在做一个模拟频率源的项目中用到它，在开发的过程中遇到了一些大大小小的问题，在历时几个月后最终解决了，谨此发文记录下这次的开发经验，也可以为各位同行小伙伴们作为一个参考。

二、LMX2820使用步骤

芯片在一开始，需要先上电，然后初始化，再是校准。

三、LMX2820初始化

参照TI公司官方的datasheet（大家可以在网站上自行下载观看），文中8.3节对初始化操作步骤有详细的说明：

为确保器件正常运行，需要遵循正确的加电时序。

1. 最初加电时，加电复位 (POR) 电路会将寄存器和状态机复位为默认状态。

2. 在完成任何编程之前， VCC_CP 、 VCC_VCO 、 VCC_VCO2 、 VCC_MASH 和 VCC_BUF 的电压至少高于

3.15V 的最低工作电压。

3. 虽然 POR 电路会初始化器件，但最好将 RESET 位从 1 切换到 0 以手动进行软件复位。这是为了确保内部状

态机、偏置电平和整体器件电流复位到一个稳定的启动条件。此复位耗时不到 1 μ s 。

4. 按降序对寄存器进行编程； R0 应该是最后一个被编程的寄存器。这会将器件加载到所需的状态。

5. 等待 10ms 让内部 LDO 上电。

6. 再对 R0 寄存器编程一次，以激活 VCO 校准，同时 LDO 处于稳定状态。即使之前已经完成，如果在芯片中

的 LDO 处于适当电平之前完成校准，则校准无效。此外，具有稳定和准确的输入基准也很重要，因为 VCO

校准基于此。在不损坏器件的情况下，可以提前对器件施加一个输入基准。这适用于有即时校准和没有即时校

准的两种校准方法。

7. 完成 VCO 校准后，频率会更接近，但不准确。频率必须随着模拟锁定时间稳定下来，这会增加 VCO 数字校

准。

8. 模拟 PLL 锁定完成后，输出有效。在此之前可能有来自输出的信号，但频率可能无效。

四、LMX2820校准

lmx2820芯片一共有三种校准方式：普通校准、辅助校准、即时校准。其中普通校准花费时间最长，锁定一次花费大约150us，辅助校准时间其次，即时校准时间最短，锁定一次只需要花费10us左右。

这里补充一句，普通校准也就是自动校准，在每次改变频率后只需要发打开校准芯片即可自动开始校准并将校准所得的值自动下配，故他的最大的优点就是对于开发人员来说是配置最简单的校准方式。不过缺点也是很致命的，如果使用了VCO倍频器，即需要芯片输出11.3GHz到22.6GHz之间的频率时，使用普通校准会小概率性出现校准失败，并且没有任何规律，此时的现象是MAINPLL_LMX2820_LD引脚常低，读取寄存器0x4A（15-14bit）rb_LD=0x3，为无效。

出现失锁现象无疑是致命的，在大量浏览了TI论坛上相关问题的博客后，仍然没有找到解决此问题的方法，于是在TI论坛上发布了一篇提问，终于得到了TI公司FAE的解答：

您好，使用 VCO 倍频器时，校准可能会失败。
我建议使用 Instcal 功能来避免此问题。
要使用 InstCal，需要进行一次性校准。校准失败的可能性仍然存在，但是，一且校准完成，就不需要进一步校准。
以下是使用 InstCal 的过程。

初始化寄存器设置

1.设置 DBLBUF_PLL_EN，DBLBUF_CHDIV_EN, DBLBUF_OUTBUF_EN， DBLBUF_OUTMUX_EN=1

2.设置DBLR_CAL_EN=0；INSTCAL_SKIP_ACAL=0

3.如果需要VCO倍增器，则设置INSTCAL_DBLR_EN=1，否则将此位设置为0

4.设置INSTCALDLY=Txfosc (单位为MHz) /2"CAL.CLKDIV，其中T=2.5x CBIASVCO/0.47uF，CBIASVCO是引脚3的旁路电容器

5.将其他寄存器配置为锁定到5.65GHz,无需任何校准辅助

6.设置INSTCALPLLNUM=2*32x (PLL_NUM/PLL_DEN)

编程

7.Vcc上电LMX2820

8.对所有寄存器进行编程，LMX2820应锁定到 5.65GHz

InstCal 校准

9.程序INSTCAL EN=1

9.5 运行 Index 例程（具体操作见下方，此操作是最最重要的一步，缺少就会导致随机失锁）

10.程序 R0 （FCAL=1），校准将开始

11.等待 100 毫秒

12.对R0 (FCAL=0)进行编程以完成校准

13. 如果 LD 引脚没有变为高电平，则编程 RESET=1 以重置 LMX2820，重置 LMX2820 后，重复步骤 8 到 12更改 VCO 频率

14.程序INSTCALPLLNUM, PLLN, PLLNUM和PLLDEN (如果它们的值发生变化)

15. 对 R0（FCAL=0）进行编程以更改 VCO 频率

9.5 Index routine

1. Program R106[10]=1 (0X6A 0400)

2. Program R107[5:0]=0 (0x6B 0000)

3. Program R108=0 (0x6C 0000)

4. Program R109=0 (0x6D 0000)

5. Program R10619:0]= 514 (0x6A 0602)

6. Program R106[11]=1 (0x6A 0E02)

7. Program R106[11]=0 (0x6A 0602)

8. Repeat step 5 to 7 for R106[9:0] =515 to 519

9. Program R106[10]=0 (0x6A 0000)

由解答可知，如果芯片需要输出11.3GHz到22.6GHz之间的频率，不推荐使用普通校准，推荐使用即时校准。

按照以上步骤配置，最后成功在芯片全频段范围内锁定。

10-31：新增TI官方参考文档，其中对于即使校准的步骤描述很清晰，链接放置在下面可供大家查看。

利用 LMX2820 使用即时校准