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
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圖 3: Aeroflex S-Series SGA 模擬信號發(fā)生器典型相位噪聲特性圖示
輸出環(huán)路將兩個(gè)低噪聲信號相加。本底低噪聲壓控振蕩器 (VCO) 額定頻率范圍500 MHz至 667 MHz 增加一倍，達(dá)到 1000 MHz 至 1333 MHz。這個(gè)信號與低噪聲高頻信號混合。然后，利用差頻對內(nèi)插信號進(jìn)行相位比較。鑒相器輸出經(jīng)低通濾波后，通過反饋控制 VCO 構(gòu)成完整的 PLL。
倍頻程頻率合成器一般采用 VCO 庫覆蓋輸出范圍，因?yàn)榈驮肼暠额l程調(diào)諧范圍不是直接完成的。為實(shí)現(xiàn)所需調(diào)諧范圍，可將 1/3倍頻程 VCO 放大3、4或5倍覆蓋一個(gè)倍頻程。
這種乘法器采用噪聲低于以前設(shè)計(jì)的方法。1000MHz 至 1333MHz 信號可再放大一倍，達(dá)到 VCO 頻率的4倍。這個(gè)信號可用來直接生成4倍輸出，或與本底 VCO 信號混合生成3倍和5倍 VCO 頻率?？烧{(diào)帶通濾波器選擇上、下邊帶。這種采用倍增器加混頻器的方法可保證整個(gè)倍增頻率范圍內(nèi)的噪底低于采用其他方法。
快速頻率切換的實(shí)現(xiàn)及其設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn) 100 μs 內(nèi)完成頻率轉(zhuǎn)換，同時(shí)保持低噪聲進(jìn)一步提出了許多挑戰(zhàn)。頻率合成器至預(yù)調(diào) VCO 和頻率可調(diào)變?nèi)荻O管帶通濾波器存在多處模擬電壓。足以靈活地在幾微秒內(nèi)完成電壓調(diào)諧，且保持噪聲低于幾毫微伏，切換后無飄移是相互矛盾的要求。我們的方法是嚴(yán)格篩選并選擇低噪聲 DAC、帶寬可變無源濾波器和介電吸收系數(shù)低的濾波器電容。
小數(shù)乘法器和輸出加法環(huán)路中的 PLL 采用基于混頻器的鑒相器。雖然本底噪聲很低，但它們的缺點(diǎn)是捕獲范圍有限，這是保證 PLL 環(huán)路帶寬的必要條件。搜索振蕩器等傳統(tǒng)鎖相方法對于這種應(yīng)用來說速度太慢。當(dāng)粗調(diào)預(yù)設(shè)相位將 VCO 頻率調(diào)整到正確范圍后，可在鎖相之前采用數(shù)字鑒相技術(shù) (已申報(bào)專利) 精確調(diào)整 VCO。FPGA 比較鑒相器兩個(gè)信號的頻率，通過修改預(yù)設(shè)電壓將 VCO 調(diào)整到正確頻率。
由于PLL最小帶寬為200 kHz，當(dāng)VCO極為接近鎖定時(shí)，可以非常迅速鎖定設(shè)定頻率，頻率設(shè)定可達(dá)到 100 μs 的 0.1 ppm。1-GHz 載波頻率的誤差范圍僅為 100 Hz。
頻率調(diào)制
頻率合成器采用標(biāo)準(zhǔn)兩點(diǎn)調(diào)制生成寬頻帶、寬頻偏調(diào)制。FM 系統(tǒng)可利用先進(jìn)的低成本數(shù)字處理技術(shù)設(shè)置整個(gè) FM 增益，匹配兩個(gè)內(nèi)部校準(zhǔn)通道的增益和延遲。調(diào)制信號可同時(shí)加給輸出 VCO 和內(nèi)插頻率合成器。由于同時(shí)變化，輸出 PLL 在鑒相器處無誤差。AC 和 DC 輸入耦合，以及相位調(diào)制也可以采用數(shù)字化方式處理。
結(jié)束語
頻率合成器利用模擬和數(shù)字組合技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，使 Aeroflex S-Series信號發(fā)生器具有優(yōu)異的性能，充分體現(xiàn)了Aeroflex產(chǎn)品線幾十年來不斷推動信號發(fā)生器技術(shù)進(jìn)步的顯著特點(diǎn)。
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