實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)源的低相位噪聲及高速頻率切換的共存
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和汽車到手機(jī)的演變類似，信號(hào)發(fā)生器的性能不斷提高而價(jià)格卻日益走低，客戶和消費(fèi)者不斷要求獲得更多的功能和性能且希望價(jià)格更低。
RFIC 設(shè)計(jì)和手機(jī)生產(chǎn)測(cè)試要求信號(hào)源降低相噪，加快頻率切換速度，這種要求通常來(lái)說(shuō)是矛盾的。因此一般而言，性能優(yōu)化往往只能針對(duì)其中一種要求或另一種要求，很少能夠同時(shí)滿足兩種要求。Aeroflex S-Series信號(hào)發(fā)生器采用了具有特點(diǎn)的頻率合成器設(shè)計(jì)[圖1]同時(shí)優(yōu)化兩方面的性能，在頻率切換時(shí)間小于100 μs的同時(shí)，1 GHz典型相噪低至-135 dBc/Hz，頻偏20-kHz [圖2]。
圖 1: S-Series SGA 模擬信號(hào)發(fā)生器頻率切換速度低于 100 μs，
1 GHz 典型相位噪聲-135 dBc/Hz，頻偏 20-kHz
圖 2: Aeroflex S-Series SGA 模擬信號(hào)發(fā)生器方框圖
多環(huán)頻率合成器
多環(huán)頻率合成器設(shè)計(jì)具有更寬的頻率范圍 (高達(dá)6 GHz)和極高的頻率分辨率。這種特殊設(shè)計(jì)[圖2]采用兩個(gè)鎖相環(huán) (PLL)。一個(gè)提供可按粗調(diào)步長(zhǎng)在所需范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)調(diào)整的高頻、低噪聲 RF 信號(hào)。直接數(shù)字頻率合成器 (DDS) 提供可在粗調(diào)步長(zhǎng)內(nèi)內(nèi)插進(jìn)行精密頻率分辨的低頻信號(hào)。兩種信號(hào)輸入第二個(gè) PLL 生成最終輸出信號(hào)。
低噪聲高頻信號(hào)源
盡管聲表面波 (SAW) 振蕩器一直是 1GHz 頻段低噪聲信號(hào)源，但采用倍增大功率 VHF 晶振仍是最好的方法。問(wèn)題是高頻晶振可以降低噪聲，但會(huì)加大內(nèi)插步長(zhǎng)難度，低頻晶振可以縮小步長(zhǎng)，但會(huì)造成噪聲成倍增加。為了解決這種矛盾，采用135MHz晶振和小數(shù)乘法器，信號(hào)頻率范圍967 MHz到1350 MHz，步長(zhǎng)22.5 MHz，與 22.5MHz 晶振相比，采用135MHz晶振時(shí)本底噪聲可改善16 dB。
晶振設(shè)計(jì)人員面臨相互矛盾的要求。良好相位噪聲需要大功率，縮小調(diào)諧范圍。受測(cè)試儀生命周期晶振老化的影響，壓控晶體振蕩器 (VCXO) 鎖定特定頻率需要小功率和較寬的調(diào)諧范圍。解決辦法是采用大功率振蕩器降低噪聲，以數(shù)字方式處理晶振老化。135MHz晶振是 10MHz標(biāo)準(zhǔn)參考頻率相位比較振蕩器，可產(chǎn)生精確的頻率輸出。內(nèi)插頻率合成器動(dòng)態(tài)編程實(shí)時(shí)修正頻偏。
內(nèi)插頻率合成器
內(nèi)插頻率合成器高頻信號(hào)調(diào)諧范圍11.25 MHz至內(nèi)插22.5MHz。輸出環(huán)路可加減頻率，因此所需范圍僅為粗調(diào)步長(zhǎng)的一半。這種內(nèi)插頻率合成器的其他基本功能包括：
精密0.01Hz合成器分辨率范圍可倍增到 6 GHz，
偏置VCXO額定頻率偏差,
應(yīng)用寬頻帶 FM。
720MHz 壓控聲表面波振蕩器 (VCSO) 是10MHz 基準(zhǔn)頻率鎖相振蕩器，用作DDS時(shí)鐘。頻率合成器生成非調(diào)制 CW 時(shí)，通過(guò)增加一級(jí) 720MHz 信號(hào)，進(jìn)一步降低 DDS 輸出已經(jīng)很低的假信號(hào)，濾除低頻微小偏差。這種情況下，頻率范圍為 22.5 MHz 至33.75 MHz。當(dāng)需要頻率合成器生成寬頻偏 FM 信號(hào)時(shí)，額定內(nèi)插頻率范圍由33.75 MHz 變?yōu)?45 MHz，內(nèi)插信號(hào)可在 ±10 MHz 范圍內(nèi)浮動(dòng)，實(shí)現(xiàn)寬頻偏。DDS 輸出用于直接將頻率范圍由 23.75 MHz (33.75 MHz - 10 MHz) 變?yōu)?55 MHz (45 MHz + 10 MHz)。
評(píng)論