一種微波鎖相頻率源的設(shè)計

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1、一種微波鎖相頻率源的設(shè)計ADesignofMicrowavePLLFrequencySource葉利華（西科微波通訊有限公司）YeLihua（ChengduSeekonMicrowaveCommunicationCompany）【摘要】本文主要介紹一種微波頻率源的設(shè)計，該源采用100MHZ恒溫晶振作為參考源，由Q3236、VCO和LF共同構(gòu)成一個鎖相環(huán)路，在高至2GHZ的頻點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)于-90dBc/Hz@1KHz的相噪性能，同時具有極高的頻率穩(wěn)定度和良好的溫度穩(wěn)定性，可在廣泛范圍內(nèi)用作微波信號源。關(guān)鍵詞

2、：鎖相環(huán)頻率合成器相位噪聲頻率穩(wěn)定度Abstract：Inthispaper,thedesignofafrequencysourcewaspresented,inwhicha100MHZconstant-temperaturecrystaloscillatoractingasareferencesource.Q3236,VCOandLFalltogethercomposeaphaselockedloop.Atthehignfrequencyupto2GHZ,thesource’sphasenoiseca

3、nbebetterthan-90dBc/HZ@1KHZ,inadditiontothis,ithashignfrequencystabilityandtemperaturestabilityatthesametime,whichishopefultobeusedasmicrowavesignalsourceinextensiveareas.Keywords:Phase-LockedLoopFrequencySynthesizerPhaseNoiseFrequencyStability1.引言微波信號源作

4、為一個微波系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，它從很大程度上決定和制約著系統(tǒng)的性能。信號源質(zhì)量的改善，將相應(yīng)地提高整個系統(tǒng)的噪聲性能。鎖相環(huán)頻率源作為微波固態(tài)源的一種，它具有頻率穩(wěn)定度高、相位噪聲低、無寄生輸出、頻率建立快及易于集成的特點(diǎn)。因此，它在雷達(dá)、通信、遙控遙測、電視廣播和電子測量儀器等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。鎖相的意義就是相位同步的自動控制。能夠完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)(Phase-LockedLoop)，簡稱PLL。鎖相環(huán)路是一個相位負(fù)反饋控制系統(tǒng),它由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(L

5、F)和壓控振蕩器(VCO)三個基本部件組成。如圖所示：鎖相環(huán)的基本功能是跟蹤輸入信號的相位。這一功能是由鑒相器產(chǎn)生一個與輸入信號和vco信號相位差成比例的電壓而完成的。這個相位誤差電壓通過低通濾波器,在那里抑制了噪聲和高頻信號成份，并幫助決定環(huán)路的動態(tài)性能。經(jīng)濾波后的相位誤差電壓調(diào)制vco頻率，重新在鑒相器中與輸入信號比較。產(chǎn)生的任何誤差電壓通過環(huán)路濾波器，調(diào)制vco頻率，直到vco以固定的相位關(guān)系鎖住輸入信號。鎖相環(huán)通過跟蹤輸入信號的相位，實(shí)現(xiàn)了頻率同步和頻率跟蹤。壓控振蕩器的輸出接至鑒相器的一個輸入

6、端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來的平均電壓大小決定。施加于鑒相器另一個輸入端的外部輸入信號與來自壓控振蕩器的輸出信號相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓正比于外部輸入和壓控振蕩器的輸出兩個信號的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個平均值電壓。這個平均值電壓朝著減小VCO輸出信號頻率和外部輸入信號頻率之差的方向變化，直至VCO輸出頻率和輸入信號頻率獲得一致。這時兩個信號的頻率相同，兩信號相位差保持恒定（即同步）即實(shí)現(xiàn)了鎖相。當(dāng)鎖相環(huán)入鎖時，它還具有“捕捉”信號的能力，VCO可在某一范圍內(nèi)

7、自動跟蹤輸入信號的變化。如果輸入信號頻率在鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)發(fā)生變化，鎖相環(huán)能捕捉到輸人信號頻率，并強(qiáng)迫VCO鎖定在這個頻率上。鎖相環(huán)應(yīng)用非常靈活，如果輸入信號頻率f1不等于VCO輸出信號頻率f2，而要求兩者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以在外部加入一個運(yùn)算器，以滿足不同工作的需要。例如，一個帶N分頻的鎖相環(huán)路，它實(shí)現(xiàn)了由一個高性能低頻率的參考源N倍頻到，由于鎖相環(huán)路的優(yōu)勢，使得輸出信號＝N，頻率可以很高，同時相噪性能很好，頻率穩(wěn)定度和頻率準(zhǔn)確度高，且不存在寄生輸出問題。（但它存在泄漏問題

8、）。另外，通過改變N，可以很方便地改變輸出頻率。帶N分頻的鎖相環(huán)如下圖所示：2.鎖相頻率源的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)（1）、關(guān)于Q3236設(shè)計中選用Qualcomm公司的高性能鎖相環(huán)頻率合成器芯片Q3236作為鑒相器和反饋回路上的N分頻器，并實(shí)現(xiàn)對參考頻率的分頻。Q3236相噪極低，鑒相頻率為1MHZ時，其相位噪聲低達(dá)-154dBc/Hz@100Hz，鑒相輸入頻率高達(dá)2GHz，具有低功耗（小于0.6W）、高鑒相靈敏度（302mv/Rad），內(nèi)置可編程分頻