ADF4108在寬帶X波段頻率合成器中的應用

　　電路設計、噪聲分析及仿真

　　ADF4108主要由一個低噪聲數字鑒相器(PDF)、一個精密電荷泵、一個可編程參考分頻器、可編程A(6bit)及B(13bit)分頻計數器和一個雙模分頻器(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不同的分頻模數P+1和P。雙模分頻器的輸出同時驅動兩個可編程分頻器，他們分別預置在A和B(A<B)，并進行減計數。在除A和除B分頻器未計數到零時，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)個周期之后，除A分頻器計數到零，將模式控制變為分頻器前面的與門使其停止計數。此時，除B分頻器還有B-A個數，雙模分頻器的模數變為P，輸出頻率為f0/p。再經過P(B-A)個周期，除B分頻器計數到零，輸出低電平，再將兩計數器重新置為A和B，同時將模式控制恢復為高電平。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，再加上外部的環路濾波(LF)、壓控振蕩器(VCO)就構成了一個完整的鎖相環(PLL)。

　　壓控振蕩器輸出的信號經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，同時對噪聲及鑒相輸出的紋波等干擾進行抑制，鑒相器內部還有一個可編程延遲單元，用來控制翻轉脈沖的寬度，這個翻轉脈沖保證鑒相器的傳遞函數沒有死區，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。

　　ADF4108最大的特點是工作在高頻，設計的鎖相環路具有寬帶寬，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(倍頻器對系統的噪聲惡化公式為：10logN，其中N為倍頻次數，即每增加一倍頻率就會帶來3dB的噪聲)，這樣有利于簡化系統電路、提高系統性能及降低系統成本。ADF4108能通過芯片的數字串口接口對A、B、R及P等寄存器進行預置和改變，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

　　對于PLL整個系統而言，其總相位噪聲也是我們關心的一個重要問題，它和很多因素有關。

　　頻率合成器的相位噪聲和10logfPDF有關，對于每一個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的規律(其中N為分頻比，N=BP+A)，因此，對每一個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，因為fVCO除以4而增加了12dB的相位噪聲，總的結果將增加6dB的相位噪聲。