最新的模塊化頻率合成器技術

頻率合成器廣泛應用在射頻/微波領域，以及工業(yè)、汽車和醫(yī)療系統(tǒng)中從集成電路到機架子系統(tǒng)的每個設計層次中。由于射頻/微波頻率合成器涉及的領域非常廣，本文重點討論模塊化、系統(tǒng)級頻率合成器的最新技術與產品。

頻率合成器可簡單地按照模擬或數(shù)字電路類型來分類，也可以按照直接或間接頻率合成器的類型進行分類。通過將調諧振蕩器如壓控振蕩器(VCO)，與晶體振蕩器等更穩(wěn)定的頻率源進行比較，模擬間接合成器可穩(wěn)定調諧振蕩器的相位。模擬直接合成器通過混頻、倍頻和分頻產生所有可能的輸出信號，然后對特定的理想輸出信號進行轉換和濾波。

與需要進行可變振蕩器調諧的間接模擬合成器相比，直接模擬合成器的輸出總是“打開”的，并且通過設定PIN二極管的速度就可以選中特定的信號。直接數(shù)字合成器(DDS)主要采用數(shù)模轉換器(DAC)，將模擬信號的數(shù)字表示轉換為理想的數(shù)字輸出。在快速的開關頻率下頻率和幅度之間的間隔有可能非常小，具體大小與DDS中DAC的位分辨率以及相位與頻率累加器的位分辨率有關。盡管采用DDS的頻率源改善了雜散性能，但基于通過采用鎖相環(huán)(PLL)直接產生和控制信號的模擬合成器仍可能是射頻/微波頻率合成器的最廣泛形式。

頻率合成器的關鍵參數(shù)根據(jù)一些依賴于應用的性能指標來定義。對于某些合成器，相位噪聲和雜散性能可能最重要，但對于其它合成器，調諧分辨率和轉換速度可能最重要。每種合成器模型都具有多個不同的關鍵性能參數(shù)，其中價格、復雜性以及可靠性等是用來選擇合成器的其它重要因素。

例如，與商業(yè)通訊要求頻率合成器覆蓋指定頻率不同的是，軍事應用要求頻率合成器具有很寬的頻率帶寬。Wide Band Systems的頻率合成器名義上是用于開發(fā)要求高速頻率調諧和寬頻率覆蓋的電子戰(zhàn)(EW)應用。這些模塊化合成器(圖1)的DC功耗小于18W，并在2至18GHz頻率下具有優(yōu)于3?s的轉換速度。這些頻率合成器對自動測試設備(ATE)應用也很理想，它們采用14b偏移二進制控制字進行調諧。盡管在定制設計中可以獲得其它調諧分辨率，但標準模型調諧是以1MHz為步長。典型的單邊帶(SSB)相位噪聲在偏移載波10kHz處為-103dBc/Hz，在偏移載波100kHz處為-107dBc/Hz，在偏移載波1MHz處為-121dBc/Hz。

基于內部恒溫控制式晶體振蕩(OCXO)的頻率參考，頻率精度是5PPM，然而可以通過連接到適當?shù)耐獠繀⒖荚磥磉_到更高精度。大小為6.5×6.25×1.050英寸的頻率合成器，在溫度和頻率之上提供了具有±1.5 dB平坦度的+10 dBm輸出功率，它的最大雜散噪聲是-50dBc，最大諧波噪聲-20dBc。

Herley CTI公司是一家歷史悠久的頻率合成器供應商，除了寬帶合成器系列外，該公司還提供針對特定應用的BBS系列產品。例如，BBS-600型號工作在4,400至6,000MHz，非常適用于C波段衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，該系列的其它合成器工作頻率范圍從9至2,200 MHz以及18至4,400 MHz(通過倍頻)。它們的相位噪聲在1GHz載波偏移100Hz處一般為-87至-91dBc/Hz。該合成器與本地振蕩器(LO)一樣，非常適用于廣泛的通訊系統(tǒng)應用。

Advanced Control Components公司、Dbm公司等許多其它頻率合成器供應商也為很多應用提供標準和定制的產品型號。Synergy Microwave公司的3,150至5,550MHz的FSFS315555-500表面貼頻率合成器(圖3)是最小的頻率合成器之一，僅有1.25×1.00X 0.3英寸，但相位噪聲在900MHz載波偏移1kHz處為-92.5dBc/Hz，在5.8GHz載波偏移1kHz處為-83.5dBc/Hz。它以5MHz為步長進行調諧，典型雜散噪聲為-75dBc，開關速度為50微秒或者更小。

Aeroflex公司具有FS2000和FS5000系列的高性能頻率合成器。例如，F(xiàn)S2000系列包括工作頻率為1MHz至18.4GHz，開關速度為亞微秒級的型號。FS5000系列工作頻率為0.3至26.5GHz，具有1MHz標準分辨率以及200ns開關速度。該系列在平坦度為±2dB的頻率下提供+10dBm輸出功耗。除這些機架安裝型器件外，該公司還提供覆蓋1.5至3.0GHz頻率、具有1Hz分辨率的3010 PXI型合成器模塊。該模塊具有250微秒開關速度，在載波偏移20kHz處的典型相位噪聲為-116dBc/Hz。Rodelco電子公司的設計和銷售用于航空電子和軍事應用的定制射頻/微波合成器，覆蓋2.8到18.4GHz頻率范圍。

ITT Microwave Systems公司最近推出了一款基于DDS技術的WaveCor雙環(huán)合成器，它在同一個小封裝內集成了兩個獨立的頻率源(圖4)。這個機架安裝型雙環(huán)合成器的工作頻率為18GHz，具有300ns開關速度，采用分立的42b BCD接口來實現(xiàn)每個獨立頻率源1Hz的頻率分辨率。它的輸出功率大于+10dBm，相位噪聲在9GHz載波偏移10kHz處小于-125dBc/Hz，雜散性能優(yōu)于-65dBc。低頻單元的分相位噪聲在1.2GHz載波偏移10kHz處為-140dBc/Hz。

Teledyne Microwave公司已經開發(fā)出工作頻率為0.7至40GHz(最小10%帶寬)的單環(huán)合成器系列，該系列在載波偏移100kHz處的相位噪聲小于-125dBc/Hz。該公司的低噪聲9700系列工作頻率超過12.8GHz，具有1kHz分辨率和+12dBm典型輸出功率。它們的相位噪聲在3.2GHz載波偏移100kHz處為-120dBc/Hz，在12.8GHz載波偏移100kHz處為-108dBc/Hz。

Micro Lambda Wireless公司的MLSE系列寬帶合成器的頻率覆蓋2至20GHz以及1至22 GHz，輸出功率從+14到+20dBm。利用該公司已經過驗證的可調諧YIG振蕩器技術，MLSE型號具有31ms全頻帶調諧速度和1Hz分辨率。它的雜散性能為-60dBc，僅消耗43W功耗。

Endwave公司提供基于YIG和VCO技術的合成器。YIG型號在單環(huán)和多環(huán)配置下的工作頻率高達18GHz，調諧范圍為±1GHz，在任何載波10kHz偏移處的相位噪聲為-100dBc/Hz，在任何載波100kHz偏移處相位噪聲為-128 dBc/Hz。該公司最近開發(fā)了一款具有6.410到7.545GHz調諧范圍的用于衛(wèi)星通訊應用的X波段合成器，該合成器可以進行定制以滿足調諧步長為1kHz到1Hz的要求。它的相位噪聲在載波100Hz偏移處為-77dBc/Hz，在1 MHz偏移處為-125dBc/Hz。

Phase Matrix公司提供儀器型(instrument-type)和板卡型(card-format)合成器，包括VXI 合成器114XA系列。它們在10 MHz至20GHz帶寬下提供了1MHz分辨率，適合三個VXI插槽。它們的輸出功率為+10～+13dBm，此時諧波噪聲為-30dBc，雜散噪聲為-60dBc，相位噪聲在10GHz載波10kHz偏移處為-85dBc/Hz。