寬帶CDMA發(fā)射機(jī)低相噪本振源的設(shè)計(jì)

　　（2）相位誤差：相位誤差是由發(fā)射機(jī)的誤差向量幅度即EVM（The error vector magnitude）決定的，EVM經(jīng)常被用來描述發(fā)射信號(hào)的調(diào)制精度。TD-SCDMA和WCDMA標(biāo)準(zhǔn)都用此標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量。EVM是對(duì)理想波形與實(shí)際波形之差的度量，如圖2所示。

　　安捷倫公司提供的測(cè)量規(guī)范被廣泛應(yīng)用于測(cè)量?jī)x器和商業(yè)仿真軟件，其具體內(nèi)部如下：

　　設(shè)Z（k）為在kT(T為符號(hào)周期)時(shí)刻通過理想接收濾波器觀測(cè)待測(cè)發(fā)射機(jī)而得到的復(fù)向量，S（k）為理想歸一化的單位圓上的參考向量。則Z（k）可以表示為：

　　Z(k)=[C0+C1(S(k)+E(k))]Wk　　 　　　 (1)

　　其中，W=eΔr+jΔα為頻率偏移（Δα弧度/符號(hào)）以及幅度變化率（Δr奈培（衰耗單位）/符號(hào)）；C0為一恒定的復(fù)數(shù)偏移量，代表正交調(diào)制器的不平衡性；C1為一復(fù)數(shù)常量，代表發(fā)射機(jī)的任意相位和輸出功率；E（k）代表抽樣S（k）的殘差。

　　則誤差向量的總平方和為：

　　其中，C0，C1和W應(yīng)使上式取得最小值，在此條件下求得每一個(gè)符號(hào)各自所對(duì)應(yīng)的最小誤差向量E（k）。

　　EVM定義為誤差向量E（k）的幅度的均方根值，即：

　　其中，N=MAX-MIN+1，而MAX和MIN為EVM測(cè)量信號(hào)段的第一個(gè)符號(hào)和最后一個(gè)符號(hào)的排序數(shù)。

　　由以上定義可以看出：發(fā)射機(jī)的信噪比和非線性都可能造成EVM的變化。而且這些因素對(duì)EVM的影響并能做簡(jiǎn)單的線性疊加。為便于通過EVM指標(biāo)確定鎖相環(huán)路的具體指標(biāo)，筆者利用ADS進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。在考慮功率放大器（PA）的非線性的前提下-設(shè)定PA增益為11.5dB，三階交調(diào)點(diǎn)為28.5dBm，輸入功率為10dBm，通過仿真認(rèn)為將本振的EVM定為2%是合理的。

　?。?）鑒相頻率：因帶寬為2.5MHz，所以鎖相環(huán)鑒相頻率亦設(shè)為2.5MHz。

　　（4）雜散相噪（Spur）：雜散相噪一般由鄰道功率抑制比即ACPR（Adjacent Channel Power Ratio）決定。

　　ACPR，有時(shí)被稱為ACLR（Adjacent Channel Leakage Ratio）。其定義為發(fā)射功率與相鄰信道上的測(cè)得功率之比。一般主要由發(fā)射機(jī)（尤其PA）的非線性所至。但對(duì)于直接上變頻的調(diào)制方法來說，本振源在鄰道上的雜散（Spur）對(duì)該指標(biāo)亦有一定的影響。

　　為使得該頻率點(diǎn)上的Spur不影響整機(jī)的ACPR（ACPR-40dBc/±2.5MHz），設(shè)定該點(diǎn)上（±2.5MHz）的相噪相對(duì)幅度為-120dBc。

　　3 器件選取與參數(shù)確定

　　3.1 參考頻率源的選取

　　通過上述指標(biāo)的確定，參數(shù)頻率源的頻率穩(wěn)定度應(yīng)為：±1.7ppm(包括溫度頻穩(wěn)定、供電電壓頻穩(wěn)定、負(fù)載牽引頻穩(wěn)定和年老化率累加)。為便于確定鎖相環(huán)路的分頻比，設(shè)定其工作頻率20MHz=8×2.5MHz（信道帶寬）。

　　3.2 鎖相環(huán)芯片的選取與參數(shù)設(shè)定

　　a.芯片選取

　　芯片選取方面決定選用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（National Semiconductor）鎖相環(huán)芯片。本設(shè)計(jì)在EVM調(diào)制精度方面要求嚴(yán)格，它與本振源相噪之間的關(guān)系為：

　?。?）式中，L（f）為相位噪聲密度。因此鎖相環(huán)的相位噪聲成為設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。首先，對(duì)鎖相環(huán)路的種類進(jìn)行選擇（見表1）。

　　表1 PLL IC種類與性能比較

　　由表1可以看出，單鎖相環(huán)整數(shù)分頻器應(yīng)為首選。

　　為達(dá)到相噪最小化的目的，在選用鎖相環(huán)IC時(shí)，筆者著重考察了1Hz歸一化鑒相器噪聲的指標(biāo)。理論上，該參數(shù)是在鑒相頻率為1Hz時(shí)的鑒相器引起的相位噪聲。它是基于參考頻率源、分頻器和VCO對(duì)于帶內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)一般遠(yuǎn)小于鑒相器噪聲的實(shí)際情況而設(shè)定的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。

　　相位噪聲=(1Hz歸一化鑒相器噪聲)+10?log（比較頻率）+20?log（反饋支路分頻比N）

　　在National Semiconductor所有的單環(huán)數(shù)分頻的鎖相環(huán)芯片中，LMX2347的1Hz歸一化鑒相器噪聲值最低，為-220dBc/Hz，而其他芯片一般在-210dBc以上。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，當(dāng)1Hz一化鑒相器噪聲的值為-210dBc時(shí)，其相應(yīng)EVM值為2.9%，而在-220dBc時(shí)為1.06%（比較頻為2.5MHz時(shí)）。因此，選擇LMX2347成為必然。