PLL頻率合成器的噪聲底值測(cè)量

相位噪聲是無線應(yīng)用頻率合成器的一個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)。調(diào)相蜂窩系統(tǒng)（如PHS，GSM和IS-54）的RF設(shè)計(jì)為員需要低噪聲的本地振蕩器（LO）或頻率合成器單元。在調(diào)相系統(tǒng)中，合成器的綜合相位噪聲會(huì)影響收發(fā)器的RMS相位誤差。頻率開關(guān)時(shí)間和基準(zhǔn)寄生抑制對(duì)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)來說也是關(guān)鍵參數(shù)。在鎖定條件下，較窄的環(huán)路濾波器帶寬將降低綜合相位噪聲，但增加PLL（鎖相環(huán)）鎖定時(shí)間。本文描述對(duì)合成器所產(chǎn)生的鎖相環(huán)噪聲進(jìn)行量化的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)。

相位噪聲頻譜

單邊帶相位噪聲是任何頻率控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性能參數(shù)。邊帶噪聲可變換成相關(guān)的頻帶，并降低系統(tǒng)靈敏度。PLL噪聲特性的典型圖示于圖1。當(dāng)用頻譜分析儀時(shí)，頻譜的兩邊無疑是相同的。對(duì)于大多數(shù)系統(tǒng)來說，綜合相位噪聲不是蘋果對(duì)蘋果比較、因?yàn)檫@在很大程序上取決于分頻器比、環(huán)路濾波器帶度和PLL的阻尼或相位余量。頻譜峰值和環(huán)路帶寬是環(huán)路帶寬的函數(shù)，而環(huán)路內(nèi)的噪聲通常正比于分頻器比。3dB環(huán)路帶寬之外的噪聲下降很快，對(duì)綜合噪聲不會(huì)有重大影響。

相位/頻率比較器的功能是調(diào)節(jié)VCO上的電壓，直到反饋信號(hào)的頻率（和相位）與基準(zhǔn)信號(hào)的頻率相匹配為止。當(dāng)這種鎖相條件存在時(shí)，VCO的頻率將是比較頻率的N倍，這是N是可編程VCO分頻比。假定出現(xiàn)在相位檢測(cè)器輸入端的任何噪聲都被乘以NN并且出現(xiàn)在PLL的環(huán)路內(nèi)。這通常是合成器分頻器噪聲和相位檢測(cè)器噪聲。顯然，這是對(duì)PLL噪聲特性的過于簡(jiǎn)化，但確實(shí)是使相噪聲測(cè)量規(guī)范化的一種方案。

相位噪聲底值測(cè)量

我們所考慮的基本鎖相環(huán)配置示于圖3。PLL由下列單元組成：一個(gè)高穩(wěn)定度晶體基準(zhǔn)振蕩器，一個(gè)頻率合成器（如National Semiconductor LMX2332TM)，一個(gè)壓控振蕩器（VCO）和一個(gè)無源環(huán)路濾波器。所用的晶體基準(zhǔn)是10MHz信號(hào)，來自頻譜分析儀，在大約+7dBm或1.42Vpp外。此測(cè)試所用的VCO是ALPS URAE8x934VCO，調(diào)諧常數(shù)為27MHz/V，鎖相在900MHz。由于采用相當(dāng)寬的環(huán)路濾波器帶寬（對(duì)對(duì)N=4500為15kHz），所以基準(zhǔn)頻率能從30kHz變化到400kHz而不必改變?cè)?shù)值，而且能保持環(huán)路的穩(wěn)定性。相位噪聲測(cè)量是在150Hz偏頻下進(jìn)行的，這可保證數(shù)據(jù)是在曲線環(huán)路內(nèi)平坦部分。對(duì)于每次測(cè)量在1kHz范圍至少取20次視頻平均值。為了符合標(biāo)準(zhǔn)相位噪聲底值因數(shù)，其頻譜分析儀測(cè)量必須按dBc/Hz來規(guī)范化，即減去10log分辨率帶寬。然后減去20logN，噪聲就與相位檢測(cè)器的輸入有關(guān)了。不考慮來自頻譜分析儀的任何誤差，我們得到：

相位噪聲值=來自頻譜分析儀的相位噪聲-10log（頻譜分析儀分辨率帶寬）-20logN

結(jié)語

圖2示出LMX2332A的相位噪聲底值與相位檢測(cè)器頻率的關(guān)系圖。這表明相位噪聲底值不只低賴于分頻器比N。對(duì)于900MHz VCO頻率和30kHz通道間距，其相位噪聲底值小于-169dBc/Hz。