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1、一種微波鎖相頻率源的設(shè)計(jì)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(jì)，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(gè)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(shí)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(hào)源。關(guān)鍵詞：鎖相環(huán)頻率合成器相位噪聲頻
2、率穩(wěn)定度Abstract：Inthispaper,thedesignofafrequencysourcewaspresented,inwhicha100MHZconstant-temperaturecrystaloscillatoractingasareferencesource.Q3236,VCOandLFalltogethercomposeaphaselockedloop.Atthehignfrequencyupto2GHZ,thesource’sphasenoisecanbebetterthan-90dBc/HZ@1KHZ,
3、inadditiontothis,ithashignfrequencystabilityandtemperaturestabilityatthesametime,whichishopefultobeusedasmicrowavesignalsourceinextensiveareas.Keywords:Phase-LockedLoopFrequencySynthesizerPhaseNoiseFrequencyStability1.引言微波信號(hào)源作為一個(gè)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(hào)源質(zhì)量的改善
4、，將相應(yīng)地提高整個(gè)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(wú)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(cè)、電視廣播和電子測(cè)量?jī)x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(dòng)控制。能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)(Phase-LockedLoop)，簡(jiǎn)稱PLL。鎖相環(huán)路是一個(gè)相位負(fù)反饋控制系統(tǒng),它由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)和壓控振蕩器(VCO)三個(gè)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(hào)的相位。這一功能是由鑒相器產(chǎn)
5、生一個(gè)與輸入信號(hào)和vco信號(hào)相位差成比例的電壓而完成的。這個(gè)相位誤差電壓通過(guò)低通濾波器,在那里抑制了噪聲和高頻信號(hào)成份，并幫助決定環(huán)路的動(dòng)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(hào)比較。產(chǎn)生的任何誤差電壓通過(guò)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(hào)。鎖相環(huán)通過(guò)跟蹤輸入信號(hào)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(gè)輸入端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來(lái)的平均電壓大小決定。施加于鑒相器另一個(gè)輸入端的外部輸入信號(hào)與來(lái)自壓控振蕩器的輸出信號(hào)相比較，比較結(jié)
6、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(gè)信號(hào)的相位差，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓。這個(gè)平均值電壓朝著減小VCO輸出信號(hào)頻率和外部輸入信號(hào)頻率之差的方向變化，直至VCO輸出頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致。這時(shí)兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩信號(hào)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(shí)，它還具有“捕捉”信號(hào)的能力，VCO可在某一范圍內(nèi)自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)的變化。如果輸入信號(hào)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(hào)頻率，并強(qiáng)迫VCO鎖定在這個(gè)頻率上。鎖相環(huán)應(yīng)用非常靈活，如果輸入信號(hào)頻率f1
7、不等于VCO輸出信號(hào)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(gè)運(yùn)算器，以滿足不同工作的需要。例如，一個(gè)帶N分頻的鎖相環(huán)路，它實(shí)現(xiàn)了由一個(gè)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(shì)，使得輸出信號(hào)＝N，頻率可以很高，同時(shí)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(wèn)題。（但它存在泄漏問(wèn)題）。另外，通過(guò)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(jì)與實(shí)現(xiàn)（1）、關(guān)于Q3236設(shè)計(jì)中選用Qualcomm公司的高性能鎖相環(huán)頻率合成器芯片Q3236作為
8、鑒相器和反饋回路上的N分頻器，并實(shí)現(xiàn)對(duì)參考頻率的分頻。Q3236相噪極低，鑒相頻率為1MHZ時(shí)，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
