现代微波频率合成器技术

讲座

赛英科技 刘光祜 Liu Guanghu

第一章 相位噪声一、基本概念相位噪声（相噪）——噪声（加性噪声、闪烁噪声等）引起

频率源输出相位的随机起伏；

—— 相位噪声；噪声调相；零均值随机变量；

—— 噪声调频；噪声边带； 频率的瞬时起伏——短期频率稳定 ( 短稳 ) 。结论：相位噪声是噪声对主谱的随机调角（调频、调相）二、相位噪声的度量1 、相位噪声的功率谱密度 简单分析：单一频率产生的 噪声调相：

ttfVtVtv 000 2coscos

t

dt

d dt

df

dt

df

2

1

2

10

mfS

tft mrms 2sin2

——有效值（应理解为统计值）

单位 B——测试等效带宽 的数学含义： 自相关函数的傅立叶变换，成立

2、在RF定义的单边带相位噪声功率谱密度L(fm)

没有相噪的理想频谱 实际的输出，相噪常用测量方法

定义 单位

单位：

rms

B

ffS mrms

m

2

Hzrad 2

mfS t

0

2mm dffS

mfHzdBc @

S

mSSBm P

ffPfL

)()( 0

当 时，可证明

3 、短稳的阿仑方差（无间歇二采样方差） ——相位噪声的时域指标

τ—— 取样时间， M—— 测量次数采用阿仑方差的原因：频率短稳的标准方差对某些相噪因数不收敛。阿仑方差与相位噪声谱密度的关系：

公式使用上的困难： ——？ ， ——？

4 、剩余调频 ——在一定带宽内，噪声调频产生的频偏的统计值

rad1max

dBmdBm fLdBfS 3

2f

20

2

12

1,

fMMf

11 tk

tkk dttff

1

1

2

1

－M

kkk ff

022

2 4sin2

mmmf dfffSf

c

mfS 2f 2

f mfS

resF

mm

b

a mmm

b

a mres dffLfdffSfF 22 2

三、相位噪声的产生机理1 、加性噪声引起放大器的相位噪声基底

模型： 矢量图：

分析结果：放大器相位噪声功率谱密度（基底）为

或2 、闪烁噪声（噪声）使放大器近端相位噪声恶化

Fc—— 噪声转角频率 —— 放大器相噪基底，

—— 噪声

Psi

kTFS

dBdBdB

PsiFdBmS 174

sirmsV2

相位抖动

0 m

nrmsV2

无噪ampPsi

加性噪声Pni

cfmf

基底Psi

kTF

特性1mf

S

f1

mm

cm fPsi

FkTf

fPsi

FkTfS

1

Psi

FkT

mf

f1

3 、振荡器的相位噪声（ 1 ） Leeson 模型及结论

其中

振荡器相噪功率谱密度：

几个结论：（ 1 ） 振荡器相噪大于放大器相噪

（ 2 ） （半带宽）时， 靠近输出频率，相噪恶化

（ 3 ） 高 Q 振荡器的相噪指标高

无噪放大器

对调制信号等效的低通H(jωm)

mf mf

mf

放大器等效输入相噪 放大器输出相噪

L

mm

Qf

jfjfH

2

1

1

0

m

Lmm f

Qf

fSfS2

1

0

mm fSfS

Lm Q

ff

20 mfS

mL fSQ

（ 2 ） 振荡器相位噪声的幂律谱结构将表式 代入 后

—— 白调相噪声； ——白调频噪声； —— 闪烁调相噪声； ——闪烁调频噪声；

● 高 Q 与低 Q 振荡器的差别：

时（高 Q ） 时（低 Q ）

mfS mfS

02

11

20

31 mmmmm fhfhfhfhfS

31

mfh

20

mfh

11

mfh

02 mfh

Lc Q

ff 20

Lc Q

ff 20

cf mf

31

mfh

S

11

mfh 0

0 mfh

L

f

20

cf mf

31

mfh

S

20

mfh 0

2 mfh

L

f

20

● 晶振与 LC-VCO 的差别 ● 加入高 Q 谐振器 对振荡器相位噪声的改善

四、相位噪声对电路系统的影响1 、相位噪声使信号解调后基带信噪比下降；2 、接收机本振相位噪声可能使信号干扰经“倒易混频”进入中频通带。

mf

mfL

-170

-120

-70

HzdBc

300MHz VCO

10MHz XO

倍频到300MHz的XO

35.5dB

Nf Sf Lf

干扰

信号

L0

相噪差

相噪好

If NL ff

噪声淹没了信号

L0

相噪差

相噪好

混频

SL ff

3 、多进制数字调制系统（如 QAM ）对相位噪声提出更高要求 例： LO 相噪引起 QAM 状态偏移，产生误码

16-QAM 星座图

通信领域相关文献举例：● Sensitivity of Single-carrier QAM Systems to phase Noise Arising fro

m the Hot-carrier effect 2006 IEEE

● Analysis of the effects of phase Noise in Filtered Multi-tone (FMT) Modulated systems 2004 IEEE

● Effect of Carrier Frequency Offset and Phase Noise on the Performance of WFMT Systems 2006 IEEE

● Effect of Phase Noise on RF Communication Singles 2000 IEEE

Q

I

● Effect of Frequency Instability Caused by Phase Noise on the Performance of Fast FH Communication System 2004 IEEE

● Effect of RF Oscillator Phase Noise on Performance of Communication System 2004 IEEE

● Local Oscillator Phase Noise and Effect on correlation Millimeter wave Receiver Performance

● Understanding the Effects of Phase Noise in Orthogonal Frequency Division Multiplexing 2001 IEEE

4 、相位噪声对 OFDM 系统性能的影响是当前热门学术话题OFDM 相关文献举例：● Effects of Phase Noise at 60th Transmitter and Receiver on the Perfo

rmance of OFDM Systems 2006 IEEE

● Compensation of Phase Noise in OFDM wireless Systems 2007 IEEE

● Common Magitude error Due to Phase Noise in OFDM Systems 2007 IEEE

● Analysis of Phase Noise Effects on Time-Direction Differential OFDM Receivers 2005 IEEE

● Performance Analysis of OFDM Systems with Phase Noise 2007 IEEE

● On the Detection of OFDM Signals in the Presence of Strong Phase Noise

● On the Calculation of OFDM Error Performance with Phase Noise in AWGN and Fading Channels 2006 IEEE

5 、相位噪声直接影响各种体制雷达的指标 雷达体制 受相位噪声影响的参数 多普勒测速雷达 测速精度 脉冲压缩雷达 距离精度，虚假回波 动目标显示雷达 改善因子 脉冲多普勒雷达 杂散下能见度 合成孔径雷达 天线方向图

定量分析专著：《空间跟踪和通信用地面发射机系统设计》郭衍莹 国防工业出版社 1984

举例： MTI 雷达频率源相位噪声与一次对消改善因子 I1 的关系： B——IF 带宽， τ—— 发射与回波的时延， T—— 重复周期雷达领域相关文献举例：● A New Approach for Evaluating the Phase Noise Requirements of ST

ALO in Doppler Radar the 37th European Microwave Conference

● Effects of Transmitter Phase Noise on Millimeter wave LFMCW Radar Performance 2008 IEEE.

● The Effect of Phase Noise in a Stepped Frequency Continuous wave Ground Penetrating Radar 2001 IEEE

● The Influence of Transmitter Phase Noise on FMCW Radar Performance 2006 EuMA

● Prediction of Phase Noise in TWT based Transmitter for a Pulsed Doppler Radar 1996 IEEE

2

0

221

sinsin8

1B

mmmm dfTfffSI

中文相关文献举例：

● 综论现代雷达频率稳定度问题 1991 微波频率源及其测量论文集 郭衍莹● 频率源的稳定度对雷达性能的影响 1991 微波频率源及其测量论文集 应启珩● MTI 雷达改善因子与频率源短稳的关系 1991 微波频率源及其测量论文集 朱学

勇● 相位噪声对脉冲多普勒雷达性能影响 《现代雷达》 99.21 卷 2 期 方立军● 机械雷达频综器相位噪声对杂波下能见度的限制 《电讯技术》 2000.40 卷 4

期 王宗龙● 本振相位噪声对干涉式合成孔经辐射计性能的影响 《遥感技术与应用》 2007.

22 卷 2 期杨栅● 相位噪声分析及对电路系统的影响 《火控雷达技术》 2003.32 卷 2 期 高树延● 振荡器相位噪声对 FSK 稳定性能的影响 《系统仿真学报》 2007.19 卷 1 期● 频率合成器相位噪声对跳频通信系统的影响 《空间电子技术》 2006.3 卷 4 期 徐启刚

● 相位噪声对传输误码率的影响 《电讯技术》 2007.4 卷 4 期 刘嘉兴● QPSK 系统微波本振相位噪声与 BER 的定量关系 《空间电子技术》 2005.2 卷

3 期 刘玉峰● 本振相位噪声引起 QPSK 信号相噪比降低的分析与仿真 《空间电子技术》 20

04.1 卷 1 期 张爱兵

第二章 频率合成器指标

频率合成——由一个参考频率通过电路技术产生一个或多个频率信号的 技术

参考频率源——高稳定、高纯频谱基准源，一般是 XO 、 TCXO 、 OCXO

一、频率合成器主要指标

1 、单边带相位噪声 L （ fm ）（ 1 ）基本概念： 因噪声对输出频率随机调角造成输出频率的瞬时随机抖动（短期频率稳定度），主

谱两侧产生调角噪声边带； 在时域，可用阿仑方差表征这种短期频率稳定度； 在频域，可用相位噪声功率谱密度表征瞬时频率稳定度； (2) L （ fm ）的定义和单位

Ps—— 主谱（ f0 ）功率

Pssb—— 距主谱 fm 处 1Hz 带宽内的单边带调频噪声功率

单位： dBc/Hz @ Hz 。S

mSSBm P

ffPfL

)()( 0

（ 3 ）相位噪声的重要性（举例）

* 载波相位噪声解调后影响基带信噪比；* 接收机本振相噪因“倒易混频”使干扰进入中频通带；

* AMTI/PD 雷达中载波相噪会降低“改善因子”；

* 复杂数字调制（如 QAM ）接收机中，本振相噪下降，误码率增加

2 、非谐波杂散

（ 1 ）基本概念：

* 除输出频率之外的其它寄生信号（不含噪声）相对于主谱的最大功率。

* 单位： dBc ；

* 杂散一般是以寄生调频边带形式产生（见左下图）

* 谐波是信号的波形参数，并非寄生信号

.

（ 2 ）产生杂散的原因：

* PLL 频综：鉴相杂散，分数杂散；

* DDS 频综：原因、成分复杂； * 混频的组合干扰； * 时钟寄生调频； * 电源 50Hz 寄生调频。

（ 3 ）杂散抑制指标的意义及测量 * 杂散可直接或经过非线性电路进入信道带宽内； * 频谱仪测杂散应该取平均；

3 、跳频时间（ 1 ）基本概念：

* 频综从 f1跳至 f2 ，在误差范围内所需时间，数量级： μs~ms ；

* 送数时间应计入跳频时间 ;

（ 2 ）跳频时间的重要性：捷变频体制的重要指标；（ 3 ）跳频时间测量仪器：调制域分析仪、信号分析仪、存贮示波器；

二、频率合成器的其他指标

4 、频率漂移（ 1 ）频率温漂 单位 ppm （ 10 － 6 ）（工作温度范围）（ 2 ）频率时漂（老化率） 单位 ppm/ 时间——长期频率稳定度

频率漂移由频率合成器的参考源唯一确定

5 、输出频率和分辨率（步长） 窄带源、宽带源、点频源

6 、谐波抑制 谐波是波形指标，并非寄生杂散

7 、输出功率及功率波动 功率波动指标较高时，需要稳幅（温补衰减、 AGC ）

8 、跳频方式：串口、并口

9 、负载牵引：输出口指标对负载的敏感度，可用隔离器输出消除。

10 、关于频率牵引：振荡器——频率变化；频综源——频谱畸变

第三章 直接频率合成（ DS ）

直接频率合成是只采用非线性单元电路（混频、分频、倍频等）和线性单元电路（放大器、滤波器等）实现频率合成的技术。

一、放大器的相位噪声

1 、加性噪声产生放大器相位噪声基底

…

fm

S△ θ

fc

FkT/Psi（只计及加性噪声）

图九 闪烁噪声的影响

无噪噪声系数

Pni噪声

图七 放大器噪声模型（NF>1）

ω0，Psi

放大器的相噪基底（图七的分析结论）：siP

FkTS

对数表示：dBmdBdB dBm siPF174S

分析： F

计及闪烁噪声后放大器的相位噪声

siP

放大器加性噪声模型

S

F —— 放大器噪声系数； Psi —— 放大器输入功率

T↑

2 、闪烁噪声 （ 1/ fc 噪声）使放大器近端相噪抬高

考虑 fc 时的近似公式：

m

c

sif

fP

FkTS 1

二、混频器输出的相位噪声

RF

图十 混频器模型

VsCOS(ωs+△ øs)VICOS(ωIt+△ øI )

I F

LO

VLCOS(ωLt+△ øL)

LSI

S L和 不相关时，二者功率谱密度相加

∴ mmm fSfSfSLSI

几点分析：

* 混频器输出相噪由相噪差的一路决定；

* 两输入信号相噪相同时，输出相噪恶化 3dB ；

* 混频是提高频综输出频率而不恶化相噪的重要手段。

两个相参信号混频后的相噪与相关系数有关，输出相噪要优于不相关信号混频时的值

*

*

9GHz低相噪点频源

频综L0

RFIF

1G~1.2G △ f=1MHz

10GHz~1.2GHz杂散可能恶化

图十一 混频提高输出频率，不恶化相噪

三、倍频器输出的相位噪声

× Nω0t+△ øi (t)

ω0+d△ øi / d(t)

Nω0t+N△ øi (t)

图十二 倍频器模型

分析图 12 ，理想倍频时：

NfLfL mim lg200

倍频器件：

* 集成倍频器（有源、无源）

* 分立元件：二、三极管、变容管、 SR

D ；

一个问题：倍频器 20lgN 的恶化是否不能超越？ ——否

四、分频器输出的相位噪声

20lgN

X0

PLL倍频

PLL带外

A

B

C

10 100 1k 10k 100k fm（Hz）

图十三 各种倍频的相噪恶化

图 13 示例： A——整体倍频 B——倍频链中插入窄带滤波 ( 高Q) C——PLL倍频

÷Nωi

△ øi (t)

ωi/N

△ ø0(t)=△ øi (t)/N

图十四 分频器模型

由图 14 ，理想分频时：

NfLfL mim lg200

分频器存在底噪（触发相位噪声），导致相噪的降低可能达不到上述值

图十五 某集成分频器的底噪

五、直接频率合成器举例功能： 5MHz参考源，输出： 40~80MHz ， 1Hz步长缺点：设备量极大如改用新技术—— DDS （ 1片） + 单片机，设备大大简化

*由 50MHz参考源产生 100kHz、 300kHz 、 2MHz 、 5MHz 、 10MHz参考信号； *倍频器组产生频率 1.3——2.2MHz 、步长为 100kHz 的 10 个频点； *这些频点经开关矩阵后在混频链中经过了 5 个 10 分器后，变成为带宽 17——18MHz 、步 长 1Hz 的频率，跳频由开关矩阵实现； *上述频段再经 2MHz 上混成为 19——20MHz ； *用 10 个步长为 1MHz 的频点与上述频率混频产生 160——170MHz 的频率 ( 带宽 10MHz ，步长 1Hz) ； *再用步长为 10MHz 的 4 个频点与上述频率下混成 40——80MHz ， 1Hz步长的输出频率。

第四章 PLL 频率合成

第三章 锁相频率合成（ PLL FS ）

一、数字分频 PLL 频率合成器基本原理

参考频率 参考分频器÷R

鉴频鉴相PFD

环路滤波器LF

压控振荡器VCO

可编程分频器÷N

前置固定分频器÷V

控频码

fR fPD Vd Vc

fv=NVfPD

步长VfR

频综单片集成电路（FS IC）

图十七 最基本的 PLL 频率合成器方框图

可编程分频器工作频率不够高，使用前置分频可提高输出频率缺点： * 单模前置分频提高了输出频率，但使分辨率降低 ( 分辨率为 VfPD) ； * 采用电压输出 PFD ，存在死区、且对 LF要求高。

PDR

V VfNR

fVNf

一、 PLL 频率合成器基本原理 —— 单模前置分频

二、 PLL FS IC 主流技术之一 ——双模前置分频（吞脉冲技术）

÷R PFD LF VCO

÷B

÷A

模式控制

÷（P+1）÷P

fR fPD fv

B计数器

A计数器

双模前置分频器

PLL FS IC

图十八 双模分频 PLL 频率合成器框图

PDPDV NffAPBf ＝ *分辨率 : 仍为 fPD， *常用 p/p+1： 4/5， 8/9， 16/17， 32/33， 64/65 * 单片 FS IC已高达 8GHz 以上。

B＞ A

三、 PLL FS IC 主流技术之二 —— 电荷泵输出 PFD

图十九 电荷泵输出 PFD 示意图

采用电荷泵 PD 后的 PLL 线性相位模型：

kd Z(s) K0/s

1/N

θ 1(s)

θ 2(s)

θ e I d(s) Vc(s)

H0(s)

θ 2(s)

图二十 电荷泵 PLL 频综相位模型

典型环路滤波器：

C1

C2

R2

R

Rf

R3

C3 Vc(s)

Id(s)

其中：21

211 CC

CCRT c

222 CRT 333 CRT

R

RK f

A 1

图二十一 三环路滤波器

LF 的传递函数因电荷泵而成为阻抗函数： sI

sVsZd

c

环路传输： 2

1

3112

200

11

1

T

T

STSTCNS

STkkk

N

sHsT Ad

结论：采用电荷泵 PD ，无源 LF也使 PLL 成为 4阶二型 PLL 。

关于设计方法：软件： * ADI Sim PLL

* NSC Easy PLL （在线设计） * PLL设计大师（赛英公司自主研发的软件）资料： * NSC AN 1001 （极值相位余量设计法） * Dean Banerjee: NSC PLL performance, Simulation and Desi

gn

＃关于单片 PLL FS 的跳频送数方式 —— 一般为三线（ CLOCK ， DATA ， LE ）串口送数

四、输出相位噪声估算

频率

功率（dBm）

相位噪声dBc/Hz

这里主要来自PLL鉴相器噪声

这里主要来自VCO的噪声

这里主要受晶振相噪影响

ωc环路带宽

L(fm)

f0

图二十二 PLL 频综输出相噪示意图

PLL FS 环路带宽内环路带宽内的相噪：

NfHzPNfL PDm lg20lg10)1(

例：采用 ADF4106 ， MHzfPD 1

MHzfV 1000Hz/dBc)Hz(PN 2191

其中fPD——鉴相频率N—— 对 fPD 的倍频值PN(1Hz) ： 鉴相器的 1Hz归一化基底相噪

则： Hz/dBclglgfL m 991

1000201010219 6

相噪差的 VCO 对环路带宽内相噪仍存在影响； .

环路带宽以外的相噪主要由 VCO 的相噪决定；

五、主要杂散与跳频时间 鉴相杂散—— IN-PLL-FS 的最主要杂散； 分数杂散—— FN-PLL-FS 的最主要杂散； 跳频时间 τ——环路带宽 wn 增加， τ减小，但上述两种杂散会增加 ； PLL FS 的跳频时间一般数十 μs 以上；具有快锁模式的 PLL-FS IC

其跳频时间可做到 25 μs ；wn选取原则： PDn f （ IN-PLL ） 32

分fc （ FN-PLL ）

六、采用电压输出型 PD 的频率合成器

kd1+Sτ2

Sτ2K0/s

1/N

θ 1(s) θ e Vd Vcθ 2(s)

无阻尼振荡频率 1

10

N

kkn 阻尼系数

22 n )1~

2

1( 一般取

图二十三理想二阶 PLL频率合成器

应用： * PLL FS IC 的典型产品—— PE3236

* 模拟 PLL ：采用分立的 PFD ，其底噪可低至 -230dBc/Hz 以下；七、分数分频锁相频率合成（ FN-PLL-FS ） ——PLL FS 主流技术之三

电荷泵PFD

VCO

脉冲溢除

模拟相位内插器

LF

÷N

小数累加器

fPD fV

FN PLL FS IC

M K N

(mod)

累加指令

N/N+1变模分频

溢出脉冲

公式： PDv fM

kNf

M—— 模数 ； 分子取值： ； MK ~0 步长： M

fPD

原理：吞脉冲技术的变通应用，变模值为N/N+1

图二十四

特点： * 步长 <<fPD ，实现了细步长，但并未降低相噪 (仍用 22页公式 ) ；

* 分数杂散出现，可能很靠近主谱线（距主谱最近值为 ） M

fPD

2

图二十五 某 FS-PLL-FS 的分数杂散实例

*具有快锁功能的 FN-FS ，可实现 τ<20μs ；* 有各种减小分数杂散的措施与专利，主要技术： Σ-Δ 调制；* 单片 FN PLL FS 已可工作在 8GHz

第五章 直接数字频率合成（ DDS ）

一、 DDS 基本原理 DDS 基本思想：从相位概念出发来完成数字波形合成；

图二十六 DDS 基本原理框图原理：信号周期相位为 2π，每个时钟相位累加一次；最小相位增量

N22

完成 2π相位（一周期）经过的时钟个数 kkn

N

N

2

22

2

FCW=k 时，每次累加相位增量 Nk2

2

∴ DDS 输出信号的周期cLkf

nT1

0

输出频率

二、 DDS 的特点

1 、低相位噪声 *DDS实为特殊小数分频器； *近端相噪由时钟相噪决定，在 DDS 底噪之上还可因分频而优化； *DDS 底噪可低达 -150dBc/Hz ，它决定了 DDS 输出的远端相噪。

2 、输出频率不高（ Niquist 准则）工程上， ， 已高达数 GHz ；

3 、杂散复杂 杂散指标与输出带宽有关，可用分段滤波抑制杂散。

4 、快跳频，相位连续跳频 全并口时，可小于 100ns ，控频码经数据处理输入时，可达 μs 量级。

kf

n

f

Tf

NCLKCLK

2

1

00

cff 4.00 cf

分辩率： NCLKf

2

图二十七 AD9858 杂散与输出带宽的关系

Nfc

0f

使用体会： * 高杂散常出现在 附近

越小于 fc

*正确选取输出频段，可减小杂散；* 改变 fc ，，可有意外收获；

，杂散越小；*

第六章 微波频率合成方案综述一、跳频源1 、基本 PLL 方案（ 1 ）采用 IN-PLL-FS芯片

参考源

Reference

÷R

A,B计数器

PFD

前置变模分频prescaler

环路滤波（LF）

压控振荡器（VCO）

隔离放大Buffer and amperfier

数据格式转换Data Transform

跳频码 Freq. Code

fR fout

fpo

IN-PLL 频综IC

图二十八 整数分频基本环频率合成框图

（ 2 ）采用 FN-PLL-FS芯片

参考源

reference

÷R

分数N分频器F N Freq. Divider

PFD环路滤波（LF）

压控振荡器（VCO）

隔离放大Buffer and amperfier

数据格式转换Data Transform

跳频码 Freq. Code

fR fout

fpo

FN-PLL 频综IC

图二十九 分数分频基本环频率合成器框图

2 、混频 PLL 方案（ M/N环，相加环）

（ 1 ） PLL 内下混频

参考源

reference

IN-PLL-IC或FN-PLL-IC

LF VCO隔离放大

Buffer and amplifier

数据格式转换Data Transform

跳频码 Freq. Code

fR fout

直接倍频或锁相倍频Direct multiplier or PLL-multiplier

fM

fout-fM LO

IF

RF

图三十 PLL 内下混频方框图

* 杂散输出相对下面的方案较少，但需要 VCO 的频率高， VCO指标差些。

*要注意本振泄漏，产生杂散。

(2)PLL 外上混频

基本PLL

倍频、锁相倍频

放大fR

fV

fL

fV+fLRF

IF

LO

图三十一 PLL环外上混频方框图

* 因混频器在 PLL 外，输出杂散因而很多，要认真分析，避免在带内出现；

* VCO 频率低，其相噪指标较高，成本可能低些。

DDS BPF PFD LF VCO

÷N’

隔离放大Buffer/Amp.

fc

f0

控频码

Freq. Code

图三十三 DDS+PLL常用方案

输出：

Nfk

f cN

20

特点：细步长，跳频时间长， DDS的输出在 PLL带内杂散恶化 N lg20

(2)PLL 内插 DDS

PFO LF VCO

BPF DDS÷N

隔离放大Buffer/Amp.

fc

f0XO

频率控制码

Freq. Code

图三十四 PLL内插 DDS方案

输出：

DDSPD ffNf 0

N

N 特点： * 细步长， DDS输出可为窄带，杂散较小；

为定值时，因跳频步长较小，可实现较快频；变化可实现宽带输出N

4 、 DDS+PLL 方案 (1)DDS作为 PLL参考源

**

(3)DDS作为 PLL 的程序分频器

PFO LF VCO

BPF DDS

fP0 f0

控制码Freq. Code

输出： PDfK

Nf

20

特点：细步长，低相噪，但

图三十五 作 PLL 的程序分频方案

maxmax co ff

5 、多 PLL 频率合成

仪器中常用。例： HP8662A ， 7 个 PLL ， Hz1.0/MHz1280~kHz10of

例一：用分频产生低位环PD LF VCO

BPFPLL2× NB

÷ MPLL1× NA

fPD f0

图三十六 双 PLL 方案一

输出：

M

fNfNf PD

APDBo

特点：细步长，但倍频值仍不大。例二：低位环用较小的 fPD

PD LF VCO

BPF

PLL-B× NB

PLL-A× NA

fR

fPDA

fPDB

参考产生 高位环

低位环f0

输出：

PDBBPDABo fNfNf

二、点频源 1 、所有跳频源均可实现点频源； 2 、采用 PLL 方案时，用高 Q VCO——VCXO ， CRO ， DRO ； 3 、晶振倍频 /倍频链

图三十六 双 PLL 方案一

第七章 设计实例输入参考： MHz10Rf ， TCXO；

输出频率： MHz3290~31900 f

步 长： 1k Hz

相位噪声： 95dBc/Hz@10kHz

dBdBm 110 P1dB 方案： * 用 AD4252实现 1kHz步长 (PLL1)

* 用 AD4106 产生点频（ PLL2) ， fV2=3GHz ， 4fR作为 f

pdpd

* PLL1 环内下混频

*AD4252最大允许 1PDf 的确定：

PDV fM

kNf

kHz1

max

max M

fPD ∴ MHz095.414095max/ kfPD

取 4252 的 R=4 ， fPD1=2.5MHz ， M=2500

杂 散：≤－ 45dBc

PLL2 带内相噪估算 dBc/Hz1051040lg1040

3000lg20219 6

PLL1 带内相噪估算 dBc/Hz109105.2lg105.2

290lg20214 6

PLL1环路带宽： <<1kHz （低频环），以保证分数杂散在环路带宽之外。

ADF4252 LFVCO

UMX331放大

ADF4106 LFVCO

UMX331

三极管四倍频

单片机

放大

放大

F331

fR=10MHz

R=4 125~290MHz

INAD3184

HMC213

3G

HMC311

OP184

OP184

单片机

HMC311

图三十八 C 波段跳频源设计实例

PLL1 的 VCO 的选择： 因 10kHz 在环路带宽之外， VCO 相噪必须小于－ 95dBc/Hz@10kHz

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