ADF4108在寬帶X波段頻率合成器中的應用

　　引言

　　現代雷達系統對頻率源的精度、分辨率、帶寬、轉換時(shí)間及頻譜純度等提出了越來(lái)越高的要求，性能卓越的頻率源均通過(guò)鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)來(lái)實(shí)現，本文所討論的就是基于鎖相環(huán)路的同步原理，由一個(gè)高準確度、高穩定度的參考晶體振蕩器，綜合出大量離散頻率的一種技術(shù)。由于ADF4108芯片的工作帶寬寬(最大帶寬8GHz)、集成度高，因此只需要少量的外圍電路就可以構成一個(gè)寬帶、低噪聲、低功耗、高穩定度的X波段頻率合成器。該器件適用于高頻無(wú)線(xiàn)系統，如寬帶無(wú)線(xiàn)接入、衛星通信、儀器儀表、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)射頻基站。ADF4108是較高的PLL頻率合成，該器件可用來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)接收器和發(fā)射系統中的上變頻和下變頻部分的本地振蕩頻率。

　　鎖相環(huán)頻率合成器的基本原理

　　鎖相環(huán)路(PLL)通常由鑒相器(PDF)、環(huán)路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)和可變程序分頻器組成。鎖相環(huán)路是一個(gè)相位誤差控制系統，它比較輸入信號與壓控振蕩器輸出信號之間的相位差，產(chǎn)生一個(gè)對應于兩個(gè)信號相位差的誤差電壓，該電壓經(jīng)處理后調整壓控振蕩器的頻率(相位)。當環(huán)路鎖定時(shí)，輸入信號與壓控振蕩器輸出信號頻差為零，相位差不再隨時(shí)間變化，此時(shí)誤差控制電壓為一固定值，壓控振蕩器輸出頻率與輸入信號頻率相等。鎖相環(huán)路的這一特點(diǎn)，使它在自動(dòng)頻率控制中得到應用，以實(shí)現精確的頻率控制。環(huán)路在鎖定時(shí)要得到一定的控制電壓，則鑒相器必須有一個(gè)非零的輸出，即f0=fr，環(huán)路作用必須有相位差，相位差維持著(zhù)兩信號的同步，使輸出信號頻率穩定。鎖相環(huán)基本原理如圖1所示。

　　可變程序分頻器(N)的作用是使壓控振蕩器的輸出頻率經(jīng)分頻后再與參考頻率進(jìn)行相位比較，從而產(chǎn)生誤差控制電壓，并以誤差控制電壓來(lái)調整壓控振蕩器的相位。鎖相環(huán)路對高穩定度的參考振蕩器(通常是晶體振蕩器)鎖定，環(huán)路串接可編程的程序分頻器，通過(guò)編程改變程序分頻器的分頻比R、N，從而獲得N/R倍參考頻率的穩定輸出。頻率合成器輸出頻率f0與晶體振蕩器參考頻率fr的關(guān)系為:

　　其中，R是固定分頻比，N是程序(可變)分頻比，fr是晶振輸出的參考頻率，f0是頻率合成器的輸出頻率。

　　電路設計、噪聲分析及仿真

　　ADF4108主要由一個(gè)低噪聲數字鑒相器(PDF)、一個(gè)精密電荷泵、一個(gè)可編程參考分頻器、可編程A(6bit)及B(13bit)分頻計數器和一個(gè)雙模分頻器(P/P+1)構成。在這里，隨模式控制高、低電平的不同，雙模分頻器采用兩個(gè)不同的分頻模數P+1和P。雙模分頻器的輸出同時(shí)驅動(dòng)兩個(gè)可編程分頻器，他們分別預置在A(yíng)和B(A

　　壓控振蕩器輸出的信號經(jīng)N次分頻后送入鑒相器中作為一路鑒相信號，參考晶振輸出的標準信號經(jīng)參考分頻器R次分頻后送到鑒相器中作為另一路鑒相信號。鑒相器的輸出反映兩路鑒相信號相位誤差特性的電流序列脈沖，經(jīng)電荷泵的作用輸入到低通濾波器中，低通濾波器將電流轉換成VCO的控制電壓，同時(shí)對噪聲及鑒相輸出的紋波等干擾進(jìn)行抑制，鑒相器內部還有一個(gè)可編程延遲單元，用來(lái)控制翻轉脈沖的寬度，這個(gè)翻轉脈沖保證鑒相器的傳遞函數沒(méi)有死區，因此，降低了相位噪聲和參考雜散。VCO輸出與其輸入端控制電壓相應的工作頻率。