X波段取样锁相环设计

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1、2008全国频率控制技术年会论文集-341——X波段取样锁相环设计王立生(中国电子科技集团公司第10研究所，IZ写)11成都610036)摘要x波段低相噪点频源是频率合成器的基本单元之一。本文介绍了一种采用取样锁相环设计的x波段点频源，重点阐述了取样鉴相器的匹配和环路扩捕扫描电路的设计方法，并给出了测试结果。关键词取样锁相匹配扩捕电路ADesignofSamplingPLLinX-bandWANGLi——shepgf111eNo．10thResearchofCETCSpaeeonelectromcCO．，

2、hd，SichuanChengdu610036)AbstractThelowphasesinglefrequency80urceinX-bandisoneoftheessentialmodulesinfrequencysynthesizer．Inthispaper,theauthorintroducedadesignusingsamplingPLLtorealizeasinglefrequencysourcein—Xband．Thepapermainlyanalyseshowtoperfectmatcht

3、hesamplingphasedetector，howtodesigntheloopexpandedacquisitionscanningcircuit，andthetestresultinpresented．KeywordsSamplingPhase-lockedmatchingExpandedAcquisitionCircuit1引言取样锁相环又被称作脉冲锁相环，它与普通锁相环的区别，在于用取样鉴相器(SamplingPhaseDetector)代替了目前广泛应用的数字鉴相器，其原理是建立在取样一保持

4、电路的基础上，因此通常将其归为模拟锁相环一类。由于在取样锁相环中无分频环节，因而不受器件分频比的限制，且取样鉴相器为无源器件，有利于实现低相噪的指标要求，因此取样锁相环是设计高频段低相噪点频源的理想方法之一。2取样锁相环的原理取样锁相环原理框图如图1所示。取样鉴相器分为脉冲形成、取样器、保持电路三部分，除此之外，整个环模型与普通锁相环并无不同之处。图1原理框图外部参考信号送入取样鉴相器内，通过脉冲形成电路生成一个尖脉冲信号(从频域上看，即相当于谐波发生器)，该脉冲信号周期与参考信号相同。在取样器内，尖脉冲

5、信号对VCO的输入RF信号进行取样，保持电路将取样的电压保持到下一个脉冲周期，当下一个脉冲到来时，又重复上述过程，如图2所示。取样臆卅，UU图二取样过程图可以看到，当VCO频率为参考信号的整数倍，即fi,=N*fr并保持严格相位同步时，RF信号上的相同电压点被取样，取样鉴相器输出一个稳定的直流电压，即为环路锁定状态；否则，加≠胪厅，RF信号上的不同电压点被取样，取样鉴相器输出为连续的阶梯状差拍电压，对VCO进行牵引，直到锁定。取样锁相环的相噪模型如图三所示，可以得一342—2008全国频率控制技术年会论文

6、集到相位噪声功率谱密度为r厂⋯、]2]黾㈣=I域测2I慨国+I半Il+Ii-u(u0912．‰国LL“dJj式中S咖。，S咖呦(cc，)，S咖。(∞)分别为参考源、VCO和输出信号的相位噪声；为鉴相器的噪声电压；Kd，‰，N，日O曲分别为取样鉴相灵敏度、VCO压控灵敏度、环路倍频次数和环路闭环传递函数。由上式可以看到，取样锁相环没有对鉴相器的噪声N倍频，因此在取样锁相环近端相噪中的鉴相器的贡献较数字锁相环中鉴相器的贡献小了N倍。此外，取样鉴相器为无源器件，其自身相噪极低。因此取样锁相环输出的近端相噪几乎完

7、全取决与参考信号的相噪，通常附加相噪恶化仅为3～5dB。图3取样锁相环相噪模型3取样锁相环的电路设计3．1取样鉴相器的匹配设计目前市场上的集成取样鉴相器主要由阶跃恢复二极管(StepRecoveryDiode)、电容和肖特基二极管对构成。SRD用于脉冲形成，将放大的晶振参考信号转换成窄脉冲输出，利用阶跃恢复二极管SRD的电流阶跃特性，可以将(10。500)MHz的正弦信号转换成脉冲宽度在纳秒极的窄脉冲。肖特基二极管对作为高频取样开关，取样脉冲控制此开关周期性闭合，完成对输入信号取样。通过取样来比较输入信号

8、和取样信号的相位。输出的取样点电压是与两信号相位差相关的离散电压。电容作为保持电路。该离散电压值在取样间隔期内保持到下一取样时刻。当输入信号和参考信号满足7：=M时，保持电路将输出一直流电压。在电路设计上，为了达到良好的取样效果，获得足够高的鉴相增益，需要能够对参考信号产生足够”尖”的取样脉冲(即产生丰富的谐波分量)。通常外部参考信号的输出阻抗为50Q，而取样鉴相器输入端SRD的阻抗很小，仅为(4～10)Q，因此二者间的匹配设