一种低相噪频率综合器设计
发布时间：2021-01-27 00:08
针对军事、工业、通信等许多领域对高精度、高分辨率、低相噪频率综合器的需求,分析了影响频率综合器相噪特性的主要因素,设计了一种窄带锁相环滤波器,用于两级小数分频锁相环级联组成的频率综合器之间进行降噪,使前级锁相环相噪特性对后级锁相环恶化相噪特性的影响得到很好的抑制。该窄带锁相环滤波器采用4个不同频率低相噪VCXO切换作为后级锁相环的鉴相频率,使频率综合器输出信号频率与整数边界的距离大于后级锁相环环路带宽且尽可能的远,有效抑制了频率综合器输出信号中整数边界杂散（IBS）功率,改善了频率综合器的相噪性能。对频率综合器输出622.08 MHz（用于雷达）、1 561.098 MHz（用于北斗）信号的相位噪声分别为:-96 dBc/Hz@100 Hz,-105 dBc/Hz@10 kHz和-91 dBc/Hz@100 Hz,-100 dBc/Hz@10 kHz。
【文章来源】：电子器件. 2020,43(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
锁相环工作原理基本结构
为了提高频率综合器合成频率的范围和分辨率,将两级小数分频锁相环级联实现频率的合成,但是两级锁相环直接级联会使前级锁相环的相位噪声叠加到后级锁相环的输入参考信号,使频率综合器的相噪性能恶化。因此,在两级锁相环间设计窄带锁相环滤波器将前级锁相环的噪声进行隔离。隔离滤波器的压控振荡器选用VCXO,由于VCXO的相噪特性远优于前级锁相环使用的VCO,所以窄带锁相环滤波器的环路滤波电路的带宽可以特别窄,对前级锁相环的输出相当于低通滤波器,将前级锁相环的噪声进行隔离,为后级锁相环提供频谱干净的输入参考信号。由于小数分频锁相环的整数边界杂散(IBS)会降低频率综合器相噪特性,所以要对其进行抑制。假设鉴相频率fPFD=75 MHz,后级小数分频锁相环的VCO输出信号为3 751 MHz时,根据锁相环的有效采样原理和IBS出现在鉴相频率的整数倍处。一阶功率最大的IBS将位于3 750 MHz和3 752 MHz处,即IBS的位置相对载波频率偏移1 MHz处,如图2 所示;当后级小数分频锁相环的VCO输出频率为3 750 MHz时,输出频率正好在鉴相频率的整数倍,这时IBS功率是信号的有效功率,如图3所示。
由于小数分频锁相环的整数边界杂散(IBS)会降低频率综合器相噪特性,所以要对其进行抑制。假设鉴相频率fPFD=75 MHz,后级小数分频锁相环的VCO输出信号为3 751 MHz时,根据锁相环的有效采样原理和IBS出现在鉴相频率的整数倍处。一阶功率最大的IBS将位于3 750 MHz和3 752 MHz处,即IBS的位置相对载波频率偏移1 MHz处,如图2 所示;当后级小数分频锁相环的VCO输出频率为3 750 MHz时,输出频率正好在鉴相频率的整数倍,这时IBS功率是信号的有效功率,如图3所示。当后级小数分频锁相环输出频率与整数边界距离小于环路滤波器带宽时,IBS的功率最大。即fPFD=75 MHz,后级小数分频锁相环VCO输出频率为 3 750.01 MHz,环路滤波器带宽为30 kHz时,输出频率距离整数边界3 750 MHz仅10 kHz<30 kHz,,此时整数IBS功率最大。输出频率距离整数边界越远,IBS功率也越小。除了一阶IBS还有二阶、高阶IBS,但IBS每增加一阶其功率至少降低10 dB至20 dB[10],所以通常只考虑一阶IBS。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种超宽带频率综合器设计与实现[J]. 胡佳旺,李文杰,张贵福,杨玉彬. 现代电子技术. 2019(13)
[2]X频段高频谱纯度频率合成器设计[J]. 杜勇,胡天涛,赖寒昱,李光灿. 电讯技术. 2019(03)
[3]基于级联结构的低抖动小数分频频率综合器研究[J]. 冯向明,曲明,刘林海. 微电子学与计算机. 2019(01)
[4]一种宽带低相噪频率合成器的设计方法研究[J]. 代传堂. 电波科学学报. 2018(06)
[5]基于HMC983+HMC984套片的频率综合器的设计与实现[J]. 贾素梅,郭红俊,杨康,刘欣. 河北工业大学学报. 2015(02)
硕士论文
[1]低噪声锁相环频率合成器的研究与设计[D]. 徐严.南京邮电大学 2018
[2]基于锁相环的频率综合器设计[D]. 高飞.华东师范大学 2018
[3]低相噪低杂散S波段频率合成器的技术研究[D]. 胡静.西安电子科技大学 2013
[4]低杂散小数分频频率综合器研究[D]. 宋翔宇.电子科技大学 2011
本文编号：3002062
【文章来源】：电子器件. 2020,43(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
锁相环工作原理基本结构
为了提高频率综合器合成频率的范围和分辨率,将两级小数分频锁相环级联实现频率的合成,但是两级锁相环直接级联会使前级锁相环的相位噪声叠加到后级锁相环的输入参考信号,使频率综合器的相噪性能恶化。因此,在两级锁相环间设计窄带锁相环滤波器将前级锁相环的噪声进行隔离。隔离滤波器的压控振荡器选用VCXO,由于VCXO的相噪特性远优于前级锁相环使用的VCO,所以窄带锁相环滤波器的环路滤波电路的带宽可以特别窄,对前级锁相环的输出相当于低通滤波器,将前级锁相环的噪声进行隔离,为后级锁相环提供频谱干净的输入参考信号。由于小数分频锁相环的整数边界杂散(IBS)会降低频率综合器相噪特性,所以要对其进行抑制。假设鉴相频率fPFD=75 MHz,后级小数分频锁相环的VCO输出信号为3 751 MHz时,根据锁相环的有效采样原理和IBS出现在鉴相频率的整数倍处。一阶功率最大的IBS将位于3 750 MHz和3 752 MHz处,即IBS的位置相对载波频率偏移1 MHz处,如图2 所示;当后级小数分频锁相环的VCO输出频率为3 750 MHz时,输出频率正好在鉴相频率的整数倍,这时IBS功率是信号的有效功率,如图3所示。
由于小数分频锁相环的整数边界杂散(IBS)会降低频率综合器相噪特性,所以要对其进行抑制。假设鉴相频率fPFD=75 MHz,后级小数分频锁相环的VCO输出信号为3 751 MHz时,根据锁相环的有效采样原理和IBS出现在鉴相频率的整数倍处。一阶功率最大的IBS将位于3 750 MHz和3 752 MHz处,即IBS的位置相对载波频率偏移1 MHz处,如图2 所示;当后级小数分频锁相环的VCO输出频率为3 750 MHz时,输出频率正好在鉴相频率的整数倍,这时IBS功率是信号的有效功率,如图3所示。当后级小数分频锁相环输出频率与整数边界距离小于环路滤波器带宽时,IBS的功率最大。即fPFD=75 MHz,后级小数分频锁相环VCO输出频率为 3 750.01 MHz,环路滤波器带宽为30 kHz时,输出频率距离整数边界3 750 MHz仅10 kHz<30 kHz,,此时整数IBS功率最大。输出频率距离整数边界越远,IBS功率也越小。除了一阶IBS还有二阶、高阶IBS,但IBS每增加一阶其功率至少降低10 dB至20 dB[10],所以通常只考虑一阶IBS。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种超宽带频率综合器设计与实现[J]. 胡佳旺,李文杰,张贵福,杨玉彬. 现代电子技术. 2019(13)
[2]X频段高频谱纯度频率合成器设计[J]. 杜勇,胡天涛,赖寒昱,李光灿. 电讯技术. 2019(03)
[3]基于级联结构的低抖动小数分频频率综合器研究[J]. 冯向明,曲明,刘林海. 微电子学与计算机. 2019(01)
[4]一种宽带低相噪频率合成器的设计方法研究[J]. 代传堂. 电波科学学报. 2018(06)
[5]基于HMC983+HMC984套片的频率综合器的设计与实现[J]. 贾素梅,郭红俊,杨康,刘欣. 河北工业大学学报. 2015(02)
硕士论文
[1]低噪声锁相环频率合成器的研究与设计[D]. 徐严.南京邮电大学 2018
[2]基于锁相环的频率综合器设计[D]. 高飞.华东师范大学 2018
[3]低相噪低杂散S波段频率合成器的技术研究[D]. 胡静.西安电子科技大学 2013
[4]低杂散小数分频频率综合器研究[D]. 宋翔宇.电子科技大学 2011
本文编号：3002062
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