用于高頻接收器和發(fā)射器的鎖相環(huán)-第三部分

　　在使用雙模預(yù)分頻器時(shí)，必須考慮N的最低值和最高值。這里，我們真正想要的是可以按離散整數(shù)步長(zhǎng)更改N的范圍。 考慮表達(dá)式N = A + BP。 為確保N有連續(xù)的整數(shù)間距，A必須在0至(P – 1)之間。 這樣，每當(dāng)B遞增時(shí)，就有充足的分辨率來(lái)填充BP 和(B + 1)P之間的所有整數(shù)值。就如我們針對(duì)雙模預(yù)分頻器提到的那樣，B必須大于或等于A，雙模預(yù)分頻器才能正常工作。 基于此，我們可以說(shuō)，若要按離散整數(shù)步長(zhǎng)遞增，最小分頻比為：

　　NMIN = (Bmin × P) + Amin

　　NMIN = (Bmin × P) + Amin

　　= ((P – 1) × P) + 0

　　= ((P – 1) × P) + 0

　　= P2 – P

　　= P2 – P

　　N 的最高值來(lái)自

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　本例中，Amax 和Bmax 僅僅取決于A和B計(jì)數(shù)器的大小。

　　接下來(lái)，我們將給出一個(gè)采用ADF4111的例子。

　　我們假設(shè)，通過(guò)編程將預(yù)分頻器的分頻比設(shè)為32/33。

　　A計(jì)數(shù)器： 6位意味著，A可能為26 – 1 = 63

　　B計(jì)數(shù)器： 13位意味著，B可能為213 – 1 = 8191

　　NMIN = P2 – P = 992

　　NMIN = P2 – P = 992

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　= (8191 × 32) + 63

　　= 262175

　　ADF4110系列

　　前面幾節(jié)討論的構(gòu)建模塊在來(lái)自ADI公司的新型整數(shù)N頻率合成器系列中均有使用。 ADF4110系列頻率合成器由單個(gè)器件構(gòu)成，ADF4210系列由雙通道版本構(gòu)成。 ADF4110的框圖如下所示。 其中含有上面描述的參考計(jì)數(shù)器、雙模預(yù)分頻器、N計(jì)數(shù)器和PFD模塊。

　　小數(shù)N頻率合成器s*

　　許多新興無(wú)線通信系統(tǒng)都要求本振(LO)具有更快的切換能力和更低相位噪聲。 整數(shù)N頻率合成器要求參考頻率等于通道間距。 該值可能非常低，意味著高N。該高N會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)較高的相位噪聲。 低參考頻率會(huì)限制PLL鎖定時(shí)間。 小數(shù)N合成是在PLL中同時(shí)實(shí)現(xiàn)低相位噪聲和快速鎖定時(shí)間的一種方式。

　　這種技術(shù)最初出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初。 早期工作主要由惠普公司和Racal公司完成。 該技術(shù)最初稱為“digiphase”，但后來(lái)被廣泛稱為小數(shù)N。

　　在標(biāo)準(zhǔn)頻率合成器中，只能用一個(gè)整數(shù)除以RF信號(hào)。 這就需要使用一個(gè)相對(duì)較低的參考頻率(取決于系統(tǒng)通道間距)，并在反饋中導(dǎo)致高N值。 這兩個(gè)事實(shí)都對(duì)系統(tǒng)建立時(shí)間和系統(tǒng)相位噪聲有著重要影響。 低參考頻率意味著較長(zhǎng)的建立時(shí)間，高N值意味著較大的相位噪聲。

　　圖7. ADF4110系列的框圖。

　　*筆者借此機(jī)會(huì)向麥格勞-希爾公司(The McGraw-Hill Companies)表示謝意，感謝其許可使用本節(jié)第4條參考文獻(xiàn)中提到的版權(quán)材料。

　　如果反饋中可能出現(xiàn)除數(shù)為小數(shù)的情況，則可以使用較高的參考頻率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)通道間距目標(biāo)。 小數(shù)越小，則意味著相位噪聲越低。

　　事實(shí)上，通過(guò)交替除以兩個(gè)整數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)用小數(shù)除(通過(guò)先后除以2和3可以除以2.5)。

　　那么，如何除以X或(X + 1)(假設(shè)小數(shù)在這兩個(gè)值之間)? 數(shù)值的小數(shù)部分可以按參考頻率速率累加。

　　圖8. 小數(shù)N頻率合成器。

　　然后，每當(dāng)累加器溢出時(shí)，就可以用該信號(hào)來(lái)更改N分頻比。 在圖8中，這是通過(guò)移除饋入N計(jì)數(shù)器的一個(gè)脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 實(shí)際上，每當(dāng)累加器溢出時(shí)，結(jié)果會(huì)使分頻比加1。 另外，F(xiàn)寄存器中的數(shù)值越大，累加器溢出次數(shù)越多，以較大數(shù)值為除數(shù)的次數(shù)也就越多。 這正是電路的目的所在。 但會(huì)增加一些并發(fā)癥。 從N分頻電路饋入鑒相器的信號(hào)在實(shí)時(shí)表現(xiàn)上并不均勻。 相反，其調(diào)制速率取決于參考頻率和編程小數(shù)。 結(jié)果又調(diào)制鑒相器輸出，并進(jìn)入VCO輸入端。 最后，在VCO輸出端會(huì)出現(xiàn)較多的雜散內(nèi)容。 目前業(yè)界正在努力解決這些雜散問(wèn)題。 一種方法是采用DAC，如圖8所示。

　　目前為止，單芯片小數(shù)N頻率合成器仍然未能達(dá)到預(yù)期，但最終可以實(shí)現(xiàn)的效益意味著，其發(fā)展正在快馬加鞭地進(jìn)行。

　　VCO制造商小結(jié)

　　在過(guò)去5年中，隨著無(wú)線通信的爆炸式增長(zhǎng)，對(duì)頻率合成器、VCO等產(chǎn)品的需求也出現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。 有意思的是，到目前為止，為市場(chǎng)提供服務(wù)的制造商分為涇渭分明的兩個(gè)陣營(yíng)。 以下列出了VCO領(lǐng)域的部分制造商。 列表并未窮盡所有制造商，只是讓讀者獲得對(duì)一些主要參與者的認(rèn)識(shí)。

　　VCOs

　　VCO

　　Murata Murata提供3-V和5-V器件。 VCO主要是面向無(wú)線手機(jī)和基站的窄帶。 頻率取決于無(wú)線頻率標(biāo)準(zhǔn)。

　　Vari-L Vari-L服務(wù)的市場(chǎng)與Murata相同。 提供3-V和5-V器件。

　　Alps Alps為無(wú)線手機(jī)和基站制造VCO。

　　Mini-Circuits Mini-Circuits同時(shí)提供窄帶和寬帶VCO。

　　Z-Comm Z-Communications同時(shí)提供寬帶和窄帶VCO。 寬帶VCO一般有一個(gè)倍頻程調(diào)諧范圍(比如，1 GHz至2 GHz)，工作電壓最高為20 V，采用表貼式封裝。

　　Micronetics Micronetics同時(shí)提供窄帶和寬帶VCO。 其優(yōu)勢(shì)更多地體現(xiàn)在寬帶產(chǎn)品領(lǐng)域，其調(diào)諧范圍可從一個(gè)倍頻程到1200 MHz。 超過(guò)這些輸出頻率時(shí)，范圍有所下降。

　　ADI頻率合成器系列

　　下表列出了ADF4xxx頻率合成器系列的未來(lái)成員， 其中包括單通道和雙通道器件，以及整數(shù)N和小數(shù)N器件。

　　致謝

　　ADF4xxx系列頻率合成器在愛(ài)爾蘭利默里克的ADI工廠中設(shè)計(jì)。 產(chǎn)品線團(tuán)隊(duì)包括： Mike Tuthill、Leo McHugh、Bill Hunt、Mike Keaveney、Brendan Daly、Paul O’Brien、Paul Mallon、Ian Collins、Sinead O’Keefe、Liam McCann、Patrick Walsh、Cristoir O’Reilly、Paul Laven、Samuel Landete、Niall Kearney和Mike Curtin。 團(tuán)隊(duì)希望借此機(jī)會(huì)向ADI公司英國(guó)肯特分公司的Jon Strange和Ashish Shah，以及ADI公司西北實(shí)驗(yàn)室(美國(guó)俄勒岡州比佛頓)的Fred Weiss致以誠(chéng)摯的謝意，感謝他們提出的寶貴意見(jiàn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　1. Mini-Circuits Corporation, VCO Designer’s Handbook, 1996.

　　Mini-Circuits公司，VCO Designer’s Handbook(VCO設(shè)計(jì)師手冊(cè))，1996年。

　　2. L.W. Couch, Digital and Analog Communications Systems, Macmillan Publishing Company, New York, 1990.

　　L.W. Couch，Digital and Analog Communications Systems(數(shù)字與模擬通信系統(tǒng))，Macmillan Publishing Company，New York，1990年。

　　3. P. Vizmuller, RF Design Guide, Artech House, 1995.

　　P. Vizmuller，RF Design Guide(RF設(shè)計(jì)指南)，Artech House，1995年。

　　4. R.L. Best, Phase Locked Loops: Design, Simulation and Applications, 3rd Edition, McGraw-Hill, 1997.

　　R.L. Best，Phase Locked Loops: Design, Simulation and Applications(鎖相環(huán)：設(shè)計(jì)、仿真與應(yīng)用)，第3版，McGraw-Hill，1997年。

　　Device

　　器件 Integer-N

　　整數(shù)N

　　Frequency Range

　　頻率范圍 Fractional-N

　　小數(shù)N

　　Frequency Range

　　頻率范圍 Single/Dual

　　單通道/雙通道 Pin Count

　　引腳數(shù) Second Source

　　第二貨源

　　ADF4110

　　ADF4110 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 16

　　ADF4111

　　ADF4111 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4112

　　ADF4112 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4113

　　ADF4113 ≤3.8 GHz

　　≤3.8 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4116

　　ADF4116 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 16LMX2306

　　LMX2306

　　ADF4117

　　ADF4117 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 16LMX2316

　　LMX2316

　　ADF4118

　　ADF4118 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 16LMX2326

　　LMX2326

　　ADF4210

　　ADF4210 ≤510 MHz/≤1.2 GHz

　　≤510 MHz/≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4211

　　ADF4211 ≤510 MHz/≤2.0 GHz

　　≤510 MHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4212

　　ADF4212 ≤510 MHz/≤3.0 GHz

　　≤510 MHz/≤3.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4213

　　ADF4213 ≤1.0 GHz/≤2.5 GHz

　　≤1.0 GHz/≤2.5 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4216

　　ADF4216 ≤510 MHz/≤1.2 GHz

　　≤510 MHz/≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2332L

　　LMX2332L

　　ADF4217

　　ADF4217 ≤510 MHz/≤2.0 GHz

　　≤510 MHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2331L

　　LMX2331L

　　ADF4218

　　ADF4218 ≤510 MHz/≤2.5 GHz

　　≤510 MHz/≤2.5 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2330L

　　LMX2330L

　　ADF4206

　　ADF4206 ≤500 MHz/≤500 MHz

　　≤500 MHz/≤500 MHz Dual

　　雙通道 16LMX2337

　　LMX2337

　　ADF4207

　　ADF4207 ≤1.1 GHz/≤1.1 GHz

　　≤1.1 GHz/≤1.1 GHz Dual

　　雙通道 16LMX2335

　　LMX2335

　　ADF4208

　　ADF4208 ≤1.1 GHz/≤2.0 GHz

　　≤1.1 GHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2336

　　LMX2336

　　ADF4150

　　ADF4150 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 16

　　ADF4151

　　ADF4151 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4152

　　ADF4152 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4156

　　ADF4156 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 20

　　ADF4157

　　ADF4157 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 20

　　ADF4158

　　ADF4158 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 20

　　ADF4250

　　ADF4250 ≤550 MHz

　　≤550 MHz ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4251

　　ADF4251 ≤550 MHz

　　≤550 MHz ≤2.0 GHz

　　≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4252

　　ADF4252 ≤1.0 GHz

　　≤1.0 GHz ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4256

　　ADF4256 ≤550 MHz/≤1.2 GHz

　　≤550 MHz/≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4257

　　ADF4257 ≤550 MHz/≤2.0 GHz

　　≤550 MHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4258

　　ADF4258 ≤1.0 GHz/≤3.0 GHz

　　≤1.0 GHz/≤3.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　All brand or product names mentioned are trademarks or registered trademarks of their respective holders.

　　文中提及的所有品牌或產(chǎn)品名稱均屬各自所有人的商標(biāo)或注冊(cè)商標(biāo)。

　　Analog Dialogue 33-7 (? 1999 Analog Devices) 5

　　《模擬對(duì)話》33-7 (? 1999 Analog Devices)