寬帶CDMA發(fā)射機低相噪本振源的設計

　?。?）相位誤差：相位誤差是由發(fā)射機的誤差向量幅度即EVM（The error vector magnitude）決定的，EVM經(jīng)常被用來描述發(fā)射信號的調(diào)制精度。TD-SCDMA和WCDMA標準都用此標準來規(guī)定發(fā)射信號的質(zhì)量。EVM是對理想波形與實際波形之差的度量，如圖2所示。

　　安捷倫公司提供的測量規(guī)范被廣泛應用于測量儀器和商業(yè)仿真軟件，其具體內(nèi)部如下：

　　設Z（k）為在kT(T為符號周期)時刻通過理想接收濾波器觀測待測發(fā)射機而得到的復向量，S（k）為理想歸一化的單位圓上的參考向量。則Z（k）可以表示為：

　　Z(k)=[C0+C1(S(k)+E(k))]Wk　　 　　　 (1)

　　其中，W=eΔr+jΔα為頻率偏移（Δα弧度/符號）以及幅度變化率（Δr奈培（衰耗單位）/符號）；C0為一恒定的復數(shù)偏移量，代表正交調(diào)制器的不平衡性；C1為一復數(shù)常量，代表發(fā)射機的任意相位和輸出功率；E（k）代表抽樣S（k）的殘差。

　　則誤差向量的總平方和為：

　　其中，C0，C1和W應使上式取得最小值，在此條件下求得每一個符號各自所對應的最小誤差向量E（k）。

　　EVM定義為誤差向量E（k）的幅度的均方根值，即：

　　其中，N=MAX-MIN+1，而MAX和MIN為EVM測量信號段的第一個符號和最后一個符號的排序數(shù)。

　　由以上定義可以看出：發(fā)射機的信噪比和非線性都可能造成EVM的變化。而且這些因素對EVM的影響并能做簡單的線性疊加。為便于通過EVM指標確定鎖相環(huán)路的具體指標，筆者利用ADS進行了系統(tǒng)仿真。在考慮功率放大器（PA）的非線性的前提下-設定PA增益為11.5dB，三階交調(diào)點為28.5dBm，輸入功率為10dBm，通過仿真認為將本振的EVM定為2%是合理的。

　?。?）鑒相頻率：因帶寬為2.5MHz，所以鎖相環(huán)鑒相頻率亦設為2.5MHz。

　　（4）雜散相噪（Spur）：雜散相噪一般由鄰道功率抑制比即ACPR（Adjacent Channel Power Ratio）決定。

　　ACPR，有時被稱為ACLR（Adjacent Channel Leakage Ratio）。其定義為發(fā)射功率與相鄰信道上的測得功率之比。一般主要由發(fā)射機（尤其PA）的非線性所至。但對于直接上變頻的調(diào)制方法來說，本振源在鄰道上的雜散（Spur）對該指標亦有一定的影響。

　　為使得該頻率點上的Spur不影響整機的ACPR（ACPR-40dBc/±2.5MHz），設定該點上（±2.5MHz）的相噪相對幅度為-120dBc。

　　3 器件選取與參數(shù)確定

　　3.1 參考頻率源的選取

　　通過上述指標的確定，參數(shù)頻率源的頻率穩(wěn)定度應為：±1.7ppm(包括溫度頻穩(wěn)定、供電電壓頻穩(wěn)定、負載牽引頻穩(wěn)定和年老化率累加)。為便于確定鎖相環(huán)路的分頻比，設定其工作頻率20MHz=8×2.5MHz（信道帶寬）。

　　3.2 鎖相環(huán)芯片的選取與參數(shù)設定

　　a.芯片選取

　　芯片選取方面決定選用美國國家半導體（National Semiconductor）鎖相環(huán)芯片。本設計在EVM調(diào)制精度方面要求嚴格，它與本振源相噪之間的關系為：

　?。?）式中，L（f）為相位噪聲密度。因此鎖相環(huán)的相位噪聲成為設計成功與否的關鍵。首先，對鎖相環(huán)路的種類進行選擇（見表1）。

　　表1 PLL IC種類與性能比較

　　由表1可以看出，單鎖相環(huán)整數(shù)分頻器應為首選。

　　為達到相噪最小化的目的，在選用鎖相環(huán)IC時，筆者著重考察了1Hz歸一化鑒相器噪聲的指標。理論上，該參數(shù)是在鑒相頻率為1Hz時的鑒相器引起的相位噪聲。它是基于參考頻率源、分頻器和VCO對于帶內(nèi)噪聲的貢獻一般遠小于鑒相器噪聲的實際情況而設定的一個技術指標。

　　相位噪聲=(1Hz歸一化鑒相器噪聲)+10?log（比較頻率）+20?log（反饋支路分頻比N）

　　在National Semiconductor所有的單環(huán)數(shù)分頻的鎖相環(huán)芯片中，LMX2347的1Hz歸一化鑒相器噪聲值最低，為-220dBc/Hz，而其他芯片一般在-210dBc以上。計算機仿真結果表明，當1Hz一化鑒相器噪聲的值為-210dBc時，其相應EVM值為2.9%，而在-220dBc時為1.06%（比較頻為2.5MHz時）。因此，選擇LMX2347成為必然。