針對軍事、工業(yè)、通信等許多領(lǐng)域?qū)Ω呔�、高分辨率、低相噪頻率綜合器的需求,分析了影響頻率綜合器相噪特性的主要因素,設(shè)計了一種窄帶鎖相環(huán)濾波器,用于兩級小數(shù)分頻鎖相環(huán)級聯(lián)組成的頻率綜合器之間進行降噪,使前級鎖相環(huán)相噪特性對后級鎖相環(huán)惡化相噪特性的影響得到很好的抑制。該窄帶鎖相環(huán)濾波器采用4個不同頻率低相噪VCXO切換作為后級鎖相環(huán)的鑒相頻率,使頻率綜合器輸出信號頻率與整數(shù)邊界的距離大于后級鎖相環(huán)環(huán)路帶寬且盡可能的遠,有效抑制了頻率綜合器輸出信號中整數(shù)邊界雜散（IBS）功率,改善了頻率綜合器的相噪性能。對頻率綜合器輸出622.08 MHz（用于雷達）、1 561.098 MHz（用于北斗）信號的相位噪聲分別為:-96 dBc/Hz@100 Hz,-105 dBc/Hz@10 kHz和-91 dBc/Hz@100 Hz,-100 dBc/Hz@10 kHz。 

【文章來源】：電子器件. 2020,43(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

鎖相環(huán)工作原理基本結(jié)構(gòu)

為了提高頻率綜合器合成頻率的范圍和分辨率,將兩級小數(shù)分頻鎖相環(huán)級聯(lián)實現(xiàn)頻率的合成,但是兩級鎖相環(huán)直接級聯(lián)會使前級鎖相環(huán)的相位噪聲疊加到后級鎖相環(huán)的輸入?yún)⒖夹盘?使頻率綜合器的相噪性能惡化。因此,在兩級鎖相環(huán)間設(shè)計窄帶鎖相環(huán)濾波器將前級鎖相環(huán)的噪聲進行隔離。隔離濾波器的壓控振蕩器選用VCXO,由于VCXO的相噪特性遠優(yōu)于前級鎖相環(huán)使用的VCO,所以窄帶鎖相環(huán)濾波器的環(huán)路濾波電路的帶寬可以特別窄,對前級鎖相環(huán)的輸出相當于低通濾波器,將前級鎖相環(huán)的噪聲進行隔離,為后級鎖相環(huán)提供頻譜干凈的輸入?yún)⒖夹盘�。由于小�?shù)分頻鎖相環(huán)的整數(shù)邊界雜散(IBS)會降低頻率綜合器相噪特性,所以要對其進行抑制。假設(shè)鑒相頻率fPFD=75 MHz,后級小數(shù)分頻鎖相環(huán)的VCO輸出信號為3 751 MHz時,根據(jù)鎖相環(huán)的有效采樣原理和IBS出現(xiàn)在鑒相頻率的整數(shù)倍處。一階功率最大的IBS將位于3 750 MHz和3 752 MHz處,即IBS的位置相對載波頻率偏移1 MHz處,如圖2 所示;當后級小數(shù)分頻鎖相環(huán)的VCO輸出頻率為3 750 MHz時,輸出頻率正好在鑒相頻率的整數(shù)倍,這時IBS功率是信號的有效功率,如圖3所示。

由于小數(shù)分頻鎖相環(huán)的整數(shù)邊界雜散(IBS)會降低頻率綜合器相噪特性,所以要對其進行抑制。假設(shè)鑒相頻率fPFD=75 MHz,后級小數(shù)分頻鎖相環(huán)的VCO輸出信號為3 751 MHz時,根據(jù)鎖相環(huán)的有效采樣原理和IBS出現(xiàn)在鑒相頻率的整數(shù)倍處。一階功率最大的IBS將位于3 750 MHz和3 752 MHz處,即IBS的位置相對載波頻率偏移1 MHz處,如圖2 所示;當后級小數(shù)分頻鎖相環(huán)的VCO輸出頻率為3 750 MHz時,輸出頻率正好在鑒相頻率的整數(shù)倍,這時IBS功率是信號的有效功率,如圖3所示。當后級小數(shù)分頻鎖相環(huán)輸出頻率與整數(shù)邊界距離小于環(huán)路濾波器帶寬時,IBS的功率最大。即fPFD=75 MHz,后級小數(shù)分頻鎖相環(huán)VCO輸出頻率為 3 750.01 MHz,環(huán)路濾波器帶寬為30 kHz時,輸出頻率距離整數(shù)邊界3 750 MHz僅10 kHz<30 kHz,,此時整數(shù)IBS功率最大。輸出頻率距離整數(shù)邊界越遠,IBS功率也越小。除了一階IBS還有二階、高階IBS,但IBS每增加一階其功率至少降低10 dB至20 dB[10],所以通常只考慮一階IBS。

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于級聯(lián)結(jié)構(gòu)的低抖動小數(shù)分頻頻率綜合器研究[J]. 馮向明,曲明,劉林海.  微電子學(xué)與計算機. 2019(01)
[4]一種寬帶低相噪頻率合成器的設(shè)計方法研究[J]. 代傳堂.  電波科學(xué)學(xué)報. 2018(06)
[5]基于HMC983+HMC984套片的頻率綜合器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 賈素梅,郭紅俊,楊康,劉欣.  河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2015(02)

碩士論文
[1]低噪聲鎖相環(huán)頻率合成器的研究與設(shè)計[D]. 徐嚴.南京郵電大學(xué) 2018
[2]基于鎖相環(huán)的頻率綜合器設(shè)計[D]. 高飛.華東師范大學(xué) 2018
[3]低相噪低雜散S波段頻率合成器的技術(shù)研究[D]. 胡靜.西安電子科技大學(xué) 2013
[4]低雜散小數(shù)分頻頻率綜合器研究[D]. 宋翔宇.電子科技大學(xué) 2011



本文編號：3002062