一种微波锁相频率源的设计

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1、一种微波锁相频率源的设计ADesignofMicrowavePLLFrequencySource叶利华（西科微波通讯有限公司）YeLihua（ChengduSeekonMicrowaveCommunicationCompany）【摘要】本文主要介绍一种微波频率源的设计，该源采用100MHZ恒温晶振作为参考源，由Q3236、VCO和LF共同构成一个锁相环路，在高至2GHZ的频点，实现优于-90dBc/Hz@1KHz的相噪性能，同时具有极高的频率稳定度和良好的温度稳定性，可在广泛范围内用作微波信号源。关键词

2、：锁相环频率合成器相位噪声频率稳定度Abstract：Inthispaper,thedesignofafrequencysourcewaspresented,inwhicha100MHZconstant-temperaturecrystaloscillatoractingasareferencesource.Q3236,VCOandLFalltogethercomposeaphaselockedloop.Atthehignfrequencyupto2GHZ,thesource’sphasenoiseca

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

4、为一个微波系统的关键部件之一，它从很大程度上决定和制约着系统的性能。信号源质量的改善，将相应地提高整个系统的噪声性能。锁相环频率源作为微波固态源的一种，它具有频率稳定度高、相位噪声低、无寄生输出、频率建立快及易于集成的特点。因此，它在雷达、通信、遥控遥测、电视广播和电子测量仪器等领域已得到广泛的应用。锁相的意义就是相位同步的自动控制。能够完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环(Phase-LockedLoop)，简称PLL。锁相环路是一个相位负反馈控制系统,它由鉴相器(PD)、环路滤波器(L

5、F)和压控振荡器(VCO)三个基本部件组成。如图所示：锁相环的基本功能是跟踪输入信号的相位。这一功能是由鉴相器产生一个与输入信号和vco信号相位差成比例的电压而完成的。这个相位误差电压通过低通滤波器,在那里抑制了噪声和高频信号成份，并帮助决定环路的动态性能。经滤波后的相位误差电压调制vco频率，重新在鉴相器中与输入信号比较。产生的任何误差电压通过环路滤波器，调制vco频率，直到vco以固定的相位关系锁住输入信号。锁相环通过跟踪输入信号的相位，实现了频率同步和频率跟踪。压控振荡器的输出接至鉴相器的一个输入

6、端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压大小决定。施加于鉴相器另一个输入端的外部输入信号与来自压控振荡器的输出信号相比较，比较结果产生的误差输出电压正比于外部输入和压控振荡器的输出两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量后，得到一个平均值电压。这个平均值电压朝着减小VCO输出信号频率和外部输入信号频率之差的方向变化，直至VCO输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两信号相位差保持恒定（即同步）即实现了锁相。当锁相环入锁时，它还具有“捕捉”信号的能力，VCO可在某一范围内

7、自动跟踪输入信号的变化。如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VCO锁定在这个频率上。锁相环应用非常灵活，如果输入信号频率f1不等于VCO输出信号频率f2，而要求两者保持一定的关系，例如比例关系或差值关系，则可以在外部加入一个运算器，以满足不同工作的需要。例如，一个带N分频的锁相环路，它实现了由一个高性能低频率的参考源N倍频到，由于锁相环路的优势，使得输出信号＝N，频率可以很高，同时相噪性能很好，频率稳定度和频率准确度高，且不存在寄生输出问题。（但它存在泄漏问题

8、）。另外，通过改变N，可以很方便地改变输出频率。带N分频的锁相环如下图所示：2.锁相频率源的设计与实现（1）、关于Q3236设计中选用Qualcomm公司的高性能锁相环频率合成器芯片Q3236作为鉴相器和反馈回路上的N分频器，并实现对参考频率的分频。Q3236相噪极低，鉴相频率为1MHZ时，其相位噪声低达-154dBc/Hz@100Hz，鉴相输入频率高达2GHz，具有低功耗（小于0.6W）、高鉴相灵敏度（302mv/Rad），内置可编程分频