ADF4108在寬帶X波段頻率合成器中的應(yīng)用

　　電路設(shè)計(jì)、噪聲分析及仿真

　　ADF4108主要由一個(gè)低噪聲數(shù)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(jì)數(shù)器和一個(gè)雙模分頻器(P/P+1)構(gòu)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(shù)P+1和P。雙模分頻器的輸出同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)可編程分頻器，他們分別預(yù)置在A和B(A<B)，并進(jìn)行減計(jì)數(shù)。在除A和除B分頻器未計(jì)數(shù)到零時(shí)，模式控制為高電平，雙模分頻器輸出頻率為f0/(p+1)。在輸入A(P+1)個(gè)周期之后，除A分頻器計(jì)數(shù)到零，將模式控制變?yōu)榉诸l器前面的與門使其停止計(jì)數(shù)。此時(shí)，除B分頻器還有B-A個(gè)數(shù)，雙模分頻器的模數(shù)變?yōu)镻，輸出頻率為f0/p。再經(jīng)過P(B-A)個(gè)周期，除B分頻器計(jì)數(shù)到零，輸出低電平，再將兩計(jì)數(shù)器重新置為A和B，同時(shí)將模式控制恢復(fù)為高電平。通過這一完整的周期，合成器的分頻比為：N=(P+1)A+P(B-A)=PB+A，頻率分辨率為fr。另外，R(14bit)參考分頻器為PDF提供參考頻率fREF，再加上外部的環(huán)路濾波(LF)、壓控振蕩器(VCO)就構(gòu)成了一個(gè)完整的鎖相環(huán)(PLL)。

　　壓控振蕩器輸出的信號(hào)經(jīng)N次分頻后送入鑒相器中作為一路鑒相信號(hào)，參考晶振輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(hào)。鑒相器的輸出反映兩路鑒相信號(hào)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(zhuǎn)換成VCO的控制電壓，同時(shí)對(duì)噪聲及鑒相輸出的紋波等干擾進(jìn)行抑制，鑒相器內(nèi)部還有一個(gè)可編程延遲單元，用來控制翻轉(zhuǎn)脈沖的寬度，這個(gè)翻轉(zhuǎn)脈沖保證鑒相器的傳遞函數(shù)沒有死區(qū)，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(yīng)的工作頻率。

　　ADF4108最大的特點(diǎn)是工作在高頻，設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)路具有寬帶寬，從而在X波段頻合器中省掉了倍頻器，消除了倍頻器帶來的諧波、雜波及噪聲干擾(倍頻器對(duì)系統(tǒng)的噪聲惡化公式為：10logN，其中N為倍頻次數(shù)，即每增加一倍頻率就會(huì)帶來3dB的噪聲)，這樣有利于簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路、提高系統(tǒng)性能及降低系統(tǒng)成本。ADF4108能通過芯片的數(shù)字串口接口對(duì)A、B、R及P等寄存器進(jìn)行預(yù)置和改變，從而可方便地獲得不同的輸出頻率。其功能框圖如圖1所示。

　　噪聲分析

　　對(duì)于PLL整個(gè)系統(tǒng)而言，其總相位噪聲也是我們關(guān)心的一個(gè)重要問題，它和很多因素有關(guān)。

　　頻率合成器的相位噪聲和10logfPDF有關(guān)，對(duì)于每一個(gè)2fPDF頻率而言，其相位噪聲將減小3dB。然而VCO的輸出被分頻，它的相位噪聲符合20logN的規(guī)律(其中N為分頻比，N=BP+A)，因此，對(duì)每一個(gè)N=2值來說，將增加6dB相位噪聲。例如4fPDF頻率，fVCO除以4得到fOUT的輸出。一方面，在4fPDF的頻率下相位噪聲減少6dB;另一方面，因?yàn)閒VCO除以4而增加了12dB的相位噪聲，總的結(jié)果將增加6dB的相位噪聲。