X波段頻率合成器設(shè)計(jì)

　　3 電路設(shè)計(jì)

　　X波段頻率源的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于選擇合理的PLL輸出、鎖相環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)以及電路PCB布板和電磁兼容設(shè)計(jì)。

　　3.1 環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)

　　環(huán)路濾波器是鎖相環(huán)電路中最重要的一個(gè)部分，它的性能好壞直接關(guān)系到鎖相輸出的相位噪聲和雜散指標(biāo)，鎖定時(shí)間。環(huán)路對(duì)帶內(nèi)噪聲呈低通濾波，對(duì)VCO噪聲呈高通特性，所以選擇環(huán)路帶寬在兩噪聲源譜密度的交叉點(diǎn)附近總是比較接近于最佳狀態(tài)的。環(huán)路濾波器分為有源濾波和無源濾波，當(dāng)VCO的調(diào)諧電壓超過鑒相器的最大輸出電壓時(shí)，就要用到有源環(huán)路。使用有源環(huán)路時(shí)，選擇合適的運(yùn)算放大器對(duì)環(huán)路的性能有很重要的影響，主要影響的參數(shù)有噪聲電壓、噪聲電流、轉(zhuǎn)換速率、偏置電流。其中噪聲電壓、噪聲電流主要影響輸出信號(hào)的相噪特性，而轉(zhuǎn)換速率、偏置電流對(duì)雜散和轉(zhuǎn)換時(shí)間的影響較大。此外運(yùn)算放大器的偏置電壓對(duì)輸出信號(hào)的相位噪聲影響也較大。

　　3.2 PCB的布板和電磁兼容設(shè)計(jì)

　　3.2.1 優(yōu)質(zhì)電源和良好的電源濾波

　　對(duì)于PLL電路，要得到頻譜純度高的信號(hào)，電源穩(wěn)定度是非常主要的指標(biāo)。可選用串聯(lián)穩(wěn)壓器，做好直流電源與控制電源的去耦來減小外界信號(hào)對(duì)電源的干擾。

　　3.2.2 合理的布板

　　鑒相器中充電泵的供電線最易受到噪聲信號(hào)的影響,可在Vcc和充電泵的供電線上放置去藕電容。容值為0.1mF, 1mF和10mF的電容能在寬頻率范圍內(nèi)濾出噪聲。一般把較小的電容靠近PLL芯片放置用來處理高頻噪聲，大些的電容放遠(yuǎn)些，最好在它們之間加電感。設(shè)計(jì)時(shí)確保充電泵供電線和VCO的調(diào)諧線路遠(yuǎn)離噪聲源，盡量避免在VCO調(diào)諧線路的近端排布任何信號(hào)走線，調(diào)諧電壓非常微小的變化也會(huì)使一個(gè)高增益VCO產(chǎn)生很大的頻率偏移。對(duì)VCO應(yīng)采用適當(dāng)?shù)钠帘未胧魏尉哂锌拷黇CO諧振點(diǎn)頻率的噪聲都會(huì)很容易地被耦合至VCO并對(duì)其進(jìn)行調(diào)制,當(dāng)輸出信號(hào)的諧波能量被耦合至VCO振蕩回路中時(shí)就會(huì)產(chǎn)生寄生輸出，影響輸出性能。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　基于上面的理論和分析，我們研制出了輸出頻率為13.2~13.5GHz的頻綜系統(tǒng)，通過改變頻率控制字和跳頻步進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)頻和以1MHz為步進(jìn)的跳頻輸出。圖2為PLL輸出頻點(diǎn)為13.41GHz時(shí)的相位噪聲, 圖3為PLL輸出頻率為13.41GHz時(shí)寬帶雜散譜，鑒相頻率為1MHz。由圖可見，PLL輸出的相位噪聲達(dá)到指標(biāo)所給的-65dBc/Hz@1kHz, 輸出雜散也得到很好的抑制，對(duì)鑒相頻率的抑制優(yōu)于-80 dBc，輸出雜散也得到很好的抑制。由于本實(shí)驗(yàn)受頻率合成芯片中鑒相器噪聲基底和分頻器分頻次數(shù)不連續(xù)的影響使得最終輸出的相位噪聲受鑒相器限制，故在實(shí)際應(yīng)用中采用鑒相器噪聲基底更低和分頻次數(shù)連續(xù)的鑒相器相位噪聲和雜散還可以得到一定程度的改善。

　　圖2 相位噪聲測(cè)試結(jié)果

　　圖3 雜散測(cè)試結(jié)果

　　5 總結(jié)

　　通過對(duì)X波段微波頻率合成器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)工作可以看到，采用PLL 頻率合成方案構(gòu)成的頻率合成器的指標(biāo)是令人滿意的。從前面的分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，PLL頻率合成器在相位噪聲特性、雜波抑制及頻率分辨率等方面相對(duì)于單一的頻率合成方式都較大的優(yōu)勢(shì)，其更大的優(yōu)點(diǎn)還在于相對(duì)于多環(huán)鎖相和混頻鎖相其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、性能穩(wěn)定。因此PLL頻率合成方案是用于頻率合成器設(shè)計(jì)的一種較好的方案，可以推廣至不同的頻段和不同的應(yīng)用。