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          實(shí)現(xiàn)射頻信號源的低相位噪聲及高速頻率切換的共存

          作者: 時(shí)間:2012-09-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
          接收機(jī)質(zhì)量和測試儀速度的提高對信號發(fā)生器性能提出了更為嚴(yán)苛的要求。隨著頻譜日益擁擠,通信行業(yè)必須開發(fā)新的調(diào)制技術(shù),提高組件測試速度和性能及生產(chǎn)能力。因此,現(xiàn)在比以往更加需要經(jīng)濟(jì)高效的高質(zhì)量信號源解決方案。

          和汽車到手機(jī)的演變類似,信號發(fā)生器的性能不斷提高而價(jià)格卻日益走低,客戶和消費(fèi)者不斷要求獲得更多的功能和性能且希望價(jià)格更低。

          RFIC 設(shè)計(jì)和手機(jī)生產(chǎn)測試要求信號源降低相噪,加快頻率切換速度,這種要求通常來說是矛盾的。因此一般而言,性能優(yōu)化往往只能針對其中一種要求或另一種要求,很少能夠同時(shí)滿足兩種要求。Aeroflex S-Series信號發(fā)生器采用了具有特點(diǎn)的頻率合成器設(shè)計(jì)[圖1]同時(shí)優(yōu)化兩方面的性能,在頻率切換時(shí)間小于100 μs的同時(shí),1 GHz典型相噪低至-135 dBc/Hz,頻偏20-kHz [圖2]。

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          圖 1: S-Series SGA 模擬信號發(fā)生器頻率切換速度低于 100 μs,
          1 GHz 典型相位噪聲-135 dBc/Hz,頻偏 20-kHz

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          圖 2: Aeroflex S-Series SGA 模擬信號發(fā)生器方框圖

          現(xiàn)代器件技術(shù)的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了頻率合成器設(shè)計(jì)的小型化和簡單化,與前代產(chǎn)品相比,其尺寸和成本都有大幅的下降。在信號發(fā)生器體積更小、重量更輕的同時(shí),其功能還可以隨著產(chǎn)品的發(fā)展不斷進(jìn)行擴(kuò)展。本文重點(diǎn)介紹這種頻率合成器的設(shè)計(jì)原理及其對輸出信號帶來的影響。

          多環(huán)頻率合成器

          多環(huán)頻率合成器設(shè)計(jì)具有更寬的頻率范圍 (高達(dá)6 GHz)和極高的頻率分辨率。這種特殊設(shè)計(jì)[圖2]采用兩個(gè)鎖相環(huán) (PLL)。一個(gè)提供可按粗調(diào)步長在所需范圍內(nèi)進(jìn)行步進(jìn)調(diào)整的高頻、低噪聲 RF 信號。直接數(shù)字頻率合成器 (DDS) 提供可在粗調(diào)步長內(nèi)內(nèi)插進(jìn)行精密頻率分辨的低頻信號。兩種信號輸入第二個(gè) PLL 生成最終輸出信號。

          低噪聲高頻信號源

          盡管聲表面波 (SAW) 振蕩器一直是 1GHz 頻段低噪聲信號源,但采用倍增大功率 VHF 晶振仍是最好的方法。問題是高頻晶振可以降低噪聲,但會加大內(nèi)插步長難度,低頻晶振可以縮小步長,但會造成噪聲成倍增加。為了解決這種矛盾,采用135MHz晶振和小數(shù)乘法器,信號頻率范圍967 MHz到1350 MHz,步長22.5 MHz,與 22.5MHz 晶振相比,采用135MHz晶振時(shí)本底噪聲可改善16 dB。

          晶振設(shè)計(jì)人員面臨相互矛盾的要求。良好相位噪聲需要大功率,縮小調(diào)諧范圍。受測試儀生命周期晶振老化的影響,壓控晶體振蕩器 (VCXO) 鎖定特定頻率需要小功率和較寬的調(diào)諧范圍。解決辦法是采用大功率振蕩器降低噪聲,以數(shù)字方式處理晶振老化。135MHz晶振是 10MHz標(biāo)準(zhǔn)參考頻率相位比較振蕩器,可產(chǎn)生精確的頻率輸出。內(nèi)插頻率合成器動(dòng)態(tài)編程實(shí)時(shí)修正頻偏。

          內(nèi)插頻率合成器

          內(nèi)插頻率合成器高頻信號調(diào)諧范圍11.25 MHz至內(nèi)插22.5MHz。輸出環(huán)路可加減頻率,因此所需范圍僅為粗調(diào)步長的一半。這種內(nèi)插頻率合成器的其他基本功能包括:

          精密0.01Hz合成器分辨率范圍可倍增到 6 GHz,
          偏置VCXO額定頻率偏差,
          應(yīng)用寬頻帶 FM。

          720MHz 壓控聲表面波振蕩器 (VCSO) 是10MHz 基準(zhǔn)頻率鎖相振蕩器,用作DDS時(shí)鐘。頻率合成器生成非調(diào)制 CW 時(shí),通過增加一級 720MHz 信號,進(jìn)一步降低 DDS 輸出已經(jīng)很低的假信號,濾除低頻微小偏差。這種情況下,頻率范圍為 22.5 MHz 至33.75 MHz。當(dāng)需要頻率合成器生成寬頻偏 FM 信號時(shí),額定內(nèi)插頻率范圍由33.75 MHz 變?yōu)?45 MHz,內(nèi)插信號可在 ±10 MHz 范圍內(nèi)浮動(dòng),實(shí)現(xiàn)寬頻偏。DDS 輸出用于直接將頻率范圍由 23.75 MHz (33.75 MHz - 10 MHz) 變?yōu)?55 MHz (45 MHz + 10 MHz)。

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