采用AD9913的低相噪頻率合成器設(shè)計(jì)

　　摘要：低相噪頻率合成是通信電路設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)，在射頻和微波領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。文章闡述了混頻鎖相的原理，通過建立噪聲模型，對(duì)影響相位噪聲的主要因素進(jìn)行了詳細(xì)論述，并結(jié)合AD9913介紹了一種低相噪頻率合成具體方案，并給出了指標(biāo)測試結(jié)果。

　　引言

　　在現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境中，要提高接收機(jī)的信號(hào)截獲能力和動(dòng)態(tài)范圍，需對(duì)頻率合成器進(jìn)行捷變頻和低相噪設(shè)計(jì)。隨著數(shù)字集成電路的高速發(fā)展，低噪聲、高性能的數(shù)字鎖相環(huán)已得到廣泛應(yīng)用，它具有體積小、成本低和易于調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)。

　　DDS在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、相位連續(xù)性、正交輸出、高分辨力以及集成度等性能指標(biāo)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)的水平，為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號(hào)源的性能。

　　對(duì)于工作頻率高、變頻間隔相對(duì)較小的鎖相合成器，如果采用前置分頻法，則環(huán)路分頻比較大，在反饋支路進(jìn)行頻率下移，可有效減小環(huán)路分頻比，有利于改善系統(tǒng)的相位噪聲和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

　　混頻鎖相合成技術(shù)相噪特性分析

　　鎖相頻率合成主要分為單環(huán)鎖相和混頻鎖相兩種。單環(huán)鎖相頻率合成是工程中常用的設(shè)計(jì)方法，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小，且容易實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是當(dāng)環(huán)路輸出頻率較高時(shí)分頻比較大，無法實(shí)現(xiàn)低相噪設(shè)計(jì)要求。

　　混頻鎖相方式增加了頻率搬移電路，通過在反饋支路對(duì)輸出頻率進(jìn)行下移，從而降低了環(huán)路分頻比，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出相位噪聲的改善，設(shè)計(jì)原理如圖1所示。圖中，輸出頻率經(jīng)取樣本振混頻后得到一個(gè)較低的中頻，與參考信號(hào)鑒相，鑒相產(chǎn)生的誤差電壓經(jīng)環(huán)路濾波后除去高頻分量和帶外噪聲，去調(diào)諧VCO以改變輸出頻率。

　　在充分考慮參考信號(hào)、VCO和鑒相器引入相位擾動(dòng)的基礎(chǔ)上，忽略一些次要因素，可建立圖1所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)相位噪聲疊加模型，如圖1所示。

　　將噪聲源進(jìn)行疊加，經(jīng)過簡單地推導(dǎo)，可得出系統(tǒng)單邊帶相位噪聲功率譜密度為：