基于壓控振蕩器（VCO）的高性能鎖相環(huán)（PLL）設(shè)

PLL選擇ADF4150，它具有整數(shù)和小數(shù)兩種工作模式，提供2/4/8/16/32幾種輸出分頻器選項(xiàng)，可覆蓋從2 GHz至31.25 MHz的連續(xù)頻率。ADF4150與圖2所示的ADF4350相似，但前者允許選擇外部VCO，適合需要滿足更嚴(yán)苛相位噪聲要求的應(yīng)用。在仿真過(guò)程中，PLL環(huán)路濾波器設(shè)置為20 kHz，以期減小運(yùn)算放大器的噪聲貢獻(xiàn)，同時(shí)使PLL鎖定時(shí)間小于2 ms。

圖4所示為采用以下器件的仿真系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)噪聲(dBc)與頻率偏移關(guān)系曲線：ADF4150 PLL、UMS VCO和基于AD8661的濾波器。兩條曲線均顯示，由于有源環(huán)路濾波器增加的噪聲，約20 kHz時(shí)出現(xiàn)峰值噪聲–90 dBc，不過(guò)仍然實(shí)現(xiàn)了1 MHz偏移時(shí)–142 dBc/Hz的目標(biāo)。若要降低帶內(nèi)噪聲，可以使用OP184或OP27等噪聲更低的運(yùn)算放大器，但雜散會(huì)提高；或者將PLL環(huán)路帶寬降至20 kHz以下。

圖4. ADIsimPLL仿真性能與測(cè)量性能對(duì)比：AD8661用作PLL有源濾波器中的運(yùn)算放大器

圖5顯示，使用OP27時(shí)性能約改善6 dB。這種情況下，因?yàn)榄h(huán)路帶寬相對(duì)較窄，所以雜散并未顯著增加。進(jìn)一步降低帶寬可以改善100 kHz以下偏移的相位噪聲，但PLL鎖定時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)。所有這些權(quán)衡考慮均可以在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)之前，利用ADIsimPLL模擬進(jìn)行測(cè)試。

圖5. 有源環(huán)路濾波器中使用AD8661與使用OP27的PLL測(cè)量性能對(duì)比

爆炸新聞：高壓PLL
以上討論都圍繞利用有源濾波器實(shí)現(xiàn)低壓PLL器件與高壓VCO接口而展開(kāi)。不過(guò)，高壓PLL已經(jīng)出現(xiàn)，因而使用有源濾波器的必要性大大降低。例如ADF4113HV PLL，它集成高壓電荷泵，歸一化相位本底噪聲為–212 dBc/Hz。對(duì)于該器件，PLL電荷泵輸出可以高達(dá)15 V，因此VCO之前可以使用更為簡(jiǎn)單的無(wú)源濾波器。歡迎轉(zhuǎn)載,本文來(lái)自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com)

該高壓PLL系列產(chǎn)品將會(huì)不斷擴(kuò)充，不久將會(huì)出現(xiàn)最大電壓為30 V的器件，以及具有高壓電荷泵的小數(shù)N分頻PLL。有關(guān)產(chǎn)品更新和新產(chǎn)品信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)PLL網(wǎng)站。

集成VCO的寬帶寬PLL
另外可以用完全集成的高性能PLL，例如圖2所示的ADF4350等，代替有源濾波器與高壓VCO組合。這種情況下，VCO集成在芯片內(nèi)。采用多頻段VCO方法可以避免上述權(quán)衡考慮寬調(diào)諧范圍與低相位噪聲的問(wèn)題。ADF4350片內(nèi)集成三個(gè)獨(dú)立的VCO，每個(gè)VCO均有16個(gè)重疊子頻段，因而共有48個(gè)子頻段。每次更新頻率時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)校準(zhǔn)程序，以選擇合適的VCO子頻段。

這真正體現(xiàn)出從分立式VCO設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向硅解決方案的優(yōu)勢(shì)：在極小的面積上實(shí)現(xiàn)非常高的集成度，從而使設(shè)計(jì)更加靈活。例如，ADF4350同時(shí)集成了可編程輸出分頻器級(jí)，可以覆蓋從137.5 MHz至4.4 GHz的頻率，這對(duì)于希望多種頻率和標(biāo)準(zhǔn)均采用同一設(shè)計(jì)的無(wú)線電設(shè)計(jì)師極具吸引力。

ADF4350采用5 mm2 LFCSP封裝，而標(biāo)準(zhǔn)VCO封裝為12.7 mm2。同時(shí)性能水平也接近分立設(shè)計(jì)；相位噪聲在100 kHz偏移時(shí)為–114 dBc/Hz，在1 MHz偏移時(shí)為–134 dBc/Hz。(返回圖2)

圖6. ADF4350 VCO中48個(gè)不同頻段的電壓與頻率關(guān)系圖