L波段頻率源設(shè)計

2．2 環(huán)路濾波器設(shè)計
鎖相倍頻源的核心部分是環(huán)路濾波器的設(shè)計，因為環(huán)路濾波器的傳輸函數(shù)直接決定了整個環(huán)路的傳輸函數(shù)。從而在很大程度上決定了環(huán)路的噪聲性能、穩(wěn)定性、捕獲和跟蹤性能等。Q3236需要外接環(huán)路濾波器和壓控振蕩器才能構(gòu)成一個完整的頻率綜合器。
常用的環(huán)路濾波器是一個線性低通濾波器，它可以濾除誤差電壓中的高頻分量和噪聲。常用的有RC積分濾波器、無源比例積分濾波器和有源比例積分濾波器。由傳遞函數(shù)可知，有源比例積分濾波器具有兩個獨立可調(diào)整的參數(shù)，并且具有滯后一超前特性，有利于環(huán)路穩(wěn)定，于是本設(shè)計利用低噪聲運放OP27及R，C元件組成一階有源比例低通濾波器實現(xiàn)，主要參數(shù)是環(huán)路帶寬和相位裕量等。
(1)環(huán)路帶寬
環(huán)路帶寬(Fn)是指開環(huán)傳遞函數(shù)幅度等于1時的頻率，是環(huán)路濾波器設(shè)計的關(guān)鍵指標(biāo)。如果鎖相環(huán)的抖動主要由外部信號噪聲引起，那么環(huán)路帶寬應(yīng)該越窄越好，這樣可以抑制外部信號噪聲，尤其是參考信號中的噪聲；如果需要有效抑制壓控振蕩器的噪聲，并且獲得良好的跟蹤和捕獲性能，環(huán)路帶寬應(yīng)越寬越好。需要折中考慮，環(huán)路帶寬一般取跳頻間隔的1／60，鑒相器跳頻間隔7 MHz，所以Fn=100 kHz，硬件調(diào)試時可以根據(jù)需要調(diào)整。
(2)相位裕量
相位裕量(φc)是指在開環(huán)傳遞函數(shù)幅度等于1時的相位相加180°的和。它與系統(tǒng)穩(wěn)定性有關(guān)，相位裕量選擇越低，系統(tǒng)越不穩(wěn)定，相位裕量選擇越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定，但系統(tǒng)的阻尼振蕩越小，即以增加鎖定時間為代價。要考慮適合的相位裕量，一般是40～55°之間，最優(yōu)選相位裕量φc=45°。
為了將環(huán)路性能調(diào)到最佳，R1／2和電阻R2可選用相應(yīng)阻值的電位器。環(huán)路濾波器電路圖如圖3所示。采用頻率補償技術(shù)，在放大器外部增加一個補償極點，由R1，Cc組成低通實現(xiàn)，在保證一定增益裕度或相位裕度的前提下獲得較大的環(huán)路增益。電阻R1分開成兩個R1／2，避免相位檢測出現(xiàn)電壓偏差。

2．3 環(huán)路濾波器參數(shù)計算
鎖相環(huán)的系統(tǒng)性能歸結(jié)起來可以用三個重要參數(shù)：環(huán)路增益K、阻尼系數(shù)ζ及固有振蕩角頻率ωn來表征，這些參數(shù)按應(yīng)用的要求而定，并決定著系統(tǒng)的整個設(shè)計。