頻率合成技術是利用參考頻率源來產生具有一係列離散的
、高準確度
、高穩定度頻率信號的一項技術。鎖相式頻率合成器是利用鎖相環（PLL）將壓控振蕩器（VCO）的(de)頻(pin)率(lv)鎖(suo)定(ding)在(zai)某(mou)一(yi)個(ge)頻(pin)率(lv)點(dian)上(shang)，由(you)壓(ya)控(kong)振(zhen)蕩(dang)器(qi)產(chan)生(sheng)並(bing)輸(shu)出(chu)所(suo)需(xu)的(de)頻(pin)率(lv)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)穩(wen)定(ding)，雜(za)散(san)抑(yi)製(zhi)好(hao)
，輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)寬(kuan)。隨(sui)著(zhe)鎖(suo)相(xiang)環(huan)電(dian)路(lu)集(ji)成(cheng)化(hua)
、shuzihuahexiaoxinghuadebuduanfazhan，yijingchuxianlejuyoukuaisuogongnengdesuoxianghuanxinpian，dangqian，suoxiangshipinlvhechengjishudedaolezuiweiguangfandeyingyong。huanlulvboqishisuoxianghuanpinlvhechengqideguanjianbufen，shipinlvhechengqishejizhongdeyigezuizhongyaodehuanjie，qicanshudehelishejizhijieguanxidaopinlvhechengqishuchupinlvxinhaodezasan、相位噪聲、穩定度及頻率轉換時間等多項指標，間接的影響通信係統的載波質量、接收性能、發射和接收信噪比、接收靈敏度及通信距離等。

　　1 環路濾波器參數分析

　　PLL頻率合成器的基本框圖如圖1所示。

　　環路濾波器是由電阻、電容或者還有放大器組成的線性電路
，是一種低通濾波器。它的作用是濾除掉來自PLL電路中鑒相器輸出電壓Vd（t）中的高頻成分和噪聲分量，得到一個幹淨的控製電壓Vc（t）qukongzhiyakongzhendangqidepinlvshuchu。huanlulvboqibaokuoyouyuanhuanlulvboqihewuyuanhuanlulvboqi
，kegenjusuoxuanyongdesuoxianghuanxinpianheyakongzhendangqilaiquedinghuanlulvboqidexingshi。

　　環路濾波器的主要指標包含：環路帶寬
、鎖定時間
、直流增益、高頻增益和阻尼係數等。其各項參數是根據環路中的VCO增益、電荷泵增益以及鑒相器的分頻比而設計的。

　　環路參數設計中最為重要的參數是環路帶寬，環路帶寬與參考頻率、PFD和環路LP相位噪聲成正比關係


，它與VCO的相位噪聲、鎖定時間和分辨率成反比關係。設計中進行環路帶寬參數的合理選擇有利於VCO的相位噪聲、鎖定時間、係統分辨率等多項指標的兼顧。

　　環路濾波器設計中需滿足的參數指標高、受到的因素多，設計過程中計算公式複雜，難度較大。ADIsim PLL 3．1仿真軟件具有強大的模擬仿真功能，可利用其進行模擬仿真設計，快捷方便、準確合理的設計出穩定的環路濾波器，降低設計過程中的計算量
，大大提高設計效率因而在鎖相環頻率合成技術中得到了廣泛的應用。

　　2 ADIsimPLL 3．1功能介紹

　　ADIsimPLL 3．1是一款全麵的PLL頻率合成器設計和仿真工具
，此軟件具有性能優良的模擬設計能力
，其設計環境是基於ADI係列鎖相環芯片而設計的

，因此，對ADI的鎖相環芯片而言，可以充分利用ADIsim PLL 3．1的強大功能

，將環路濾波器設計得盡可能完美
，而對具有相似功能的頻率合成器PLL芯片而言，可以對模擬仿真結果做一些必要的參數調整和修正
，對環路濾波器的設計和性能提高也是很有幫助的。總之，ADIsimPLL 3．1設計仿真軟件的應用領域是十分廣泛的。

　　ADIsimPLL 3．1設計仿真軟件的主要特點有：適用頻率範圍可達6 GHz
；具有整數分頻和小數分頻兩種分頻模式可供選擇；具有多種的環路濾波器電路形式可供選擇
；參考頻率源可根據需求選擇應用；包含豐富的可供選擇的PLL芯片；可仿真頻率合成器輸出的相位噪聲及雜散指標結果；對頻率轉換時間可進行模擬輸出
；按照仿真結果模擬分析出所需電路的相關元器件參數。

　　3 環路濾波器的設計應用

　　實際工作中擬設計一款頻率合成器，其相關技術指標要求包括：頻率範圍滿足600～658 MHz；頻率間隔為25 kHz
；相位噪聲滿足-90dBc ／Hz@10 kHz和-135 dBc／Hz@1 MHz；頻率切換時間不大於2 ms。根據設計要求，參考頻率源定為10 MHz溫補振蕩器，其頻率穩定度可達6&TImes; 10-7，可滿足係統所要求的頻率穩定度，鎖相環芯片選擇ADI公司的ADF4156
，該芯片具有高達6 GHz的RF輸入頻率，可滿足輸出頻率範圍要求

，另外此芯片具有小數分頻功能，可實現25 kHz的頻率間隔，由於ADF4156芯片的Vp最大值為5．5 V，壓控振蕩器的壓控靈敏度為15MHz／ V
，盡可能低的壓控靈敏度有利於輸出相位噪聲指標的提高。

　　對鎖相環電路及壓控振蕩器選定後
，下麵進入工作重點，即環路濾波器的設計
，設計中根據選擇的鎖相環ADF4156

，環路濾波器選三階的無源濾波器，電路形式如圖2所示。

　　圖2中電容器C1將來自電荷泵（ADF4156的CP腳）的脈衝轉化為直流電壓，但是根據對開環傳遞函數分析，它會引起環路的不穩定性，引入了電阻器R1和電容器C2是為了穩定環路，但同時又帶來的相應的紋波幹擾，電阻器R2和電容器C3能夠濾除紋波幹擾，同時可以濾除由鑒相頻率帶來的雜散分量。

　　設計中環路帶寬的參數確定是非常重要的，從環路噪聲帶寬來看，BL應該選擇最小值，從環路穩定性來看，ξ（阻尼係數）越大環路越穩定。由於設計要求中對頻率切換時間的要求為不小於2 ms，在環路帶寬的選擇上可以進行折衷
，從而兼顧噪聲抑製、頻率切換時間和環路的穩定性。

　　根據設計要求在ADIsimPLL 3．1的設計界麵中需要進行各項參數的設置，首先選擇PLL芯片ADF4156，進行一係列的參數配置：工作頻率範圍fmin=600 MHz，fmax=658 MHz
；鑒相頻率選擇fPFD=1 MHz；設置MOD值為8
，即可實現的頻率間隔
；設置VP=5．2 V，最高可設置5．5 V；環路濾波器電路格式選擇CPP_3C；壓控靈敏度KV=15 MHz／V
；參考頻率的輸入為10 MHz（溫補晶體振蕩器輸入）；環路帶寬BL設置為5 kHz。

　　各項參數設置完成後選擇“完成”
，進行模擬仿真計算，環路濾波器的仿真結果可以清楚地顯示出相位噪聲曲線、頻率切換時間、zasanfenbuyijihuanluzengyidengduoxiangfangzhenjieguo，bingshengchenghuanlulvboqigedianzuqihedianrongqidecanshuzhi。zuihou，kegenjugongchengshejideyaoqiu
，duixiangyingqijiandecanshuzhijinxingtiaozheng，yimanzushijiyingyongzhonggongchengshejideyaoqiu，canshutiaozhengguochengzhong，suoyoufangzhenjieguoshikeyishishigengxinde，zheyangyouliyutiaozhengguochengzhongduifangzhenjieguodezhangwo。

　　基於以上仿真參數的設置，模擬仿真出的電路原理圖如圖3所示。

　　頻率切換時間的仿真結果如圖4所示。

　　仿真結果顯示
，頻率轉換過程中達到下一頻點穩定狀態的切換時間為1．26 ms，可滿足設計要求中頻率切換時間不大於2 ms的要求。

　　相位噪聲的仿真結果如圖5所示。

　　模擬輸出的PLL相位噪聲為輸出頻率在628 MHz（中間頻率）頻率點上的相位噪聲曲線，從圖中可看到相位噪聲分布：-105 dBc／Hz@10 kHz；1 MHz處可優於-160 dBc／Hz
，能滿足設計要求。

　　根據仿真結果對PCB（印製電路板）中zhong的de環huan路lu濾lv波bo器qi進jin行xing參can數shu配pei置zhi，經jing過guo裝zhuang配pei調tiao試shi
，並bing與yu控kong製zhi電dian路lu進jin行xing聯lian試shi及ji指zhi標biao測ce試shi，電dian路lu正zheng常chang工gong作zuo
，達da到dao了le設she計ji預yu期qi目mu標biao
，測ce試shi結jie果guo與yu仿fang真zhen結jie果guo基ji本ben達da到dao一yi致zhi，滿man足zu頻pin率lv輸shu出chu範fan圍wei600～658 MHz，最大頻率切換時間可達到1．45 ms（使用儀器為安捷倫公司的信號綜合測試儀E5052B），相位噪聲測試結果為-103 dBc／Hz@10 kHz，-155 dBc／Hz@1 MHz（使用儀器為PN9000），雜散指標在全頻段範圍內可達到-75 dBc，頻率穩定度可滿足要求（溫補晶體振蕩器指標保證），頻率合成器在要求的溫度範圍（-40～60℃）各項工作性能穩定。

　　4 結語

　　通過利用ADIsimPLL 3．1模擬仿真軟件，進行基於ADF4156頻(pin)率(lv)合(he)成(cheng)器(qi)芯(xin)片(pian)的(de)環(huan)路(lu)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)成(cheng)功(gong)設(she)計(ji)，由(you)理(li)論(lun)設(she)計(ji)指(zhi)導(dao)工(gong)程(cheng)實(shi)際(ji)，提(ti)高(gao)了(le)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)，減(jian)輕(qing)了(le)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)繁(fan)重(zhong)的(de)計(ji)算(suan)量(liang)，始(shi)終(zhong)能(neng)夠(gou)將(jiang)設(she)計(ji)目(mu)的(de)和(he)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)有(you)效(xiao)地(di)結(jie)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)，有(you)助(zhu)於(yu)簡(jian)捷(jie)快(kuai)速(su)的(de)設(she)計(ji)出(chu)符(fu)合(he)要(yao)求(qiu)的(de)頻(pin)率(lv)合(he)成(cheng)器(qi)的(de)環(huan)路(lu)濾(lv)波(bo)器(qi)。舉(ju)一(yi)反(fan)三(san)，在(zai)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)可(ke)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)模(mo)擬(ni)仿(fang)真(zhen)軟(ruan)件(jian)，進(jin)行(xing)前(qian)期(qi)的(de)理(li)論(lun)分(fen)析(xi)指(zhi)導(dao)，對(dui)實(shi)際(ji)的(de)設(she)計(ji)工(gong)作(zuo)將(jiang)有(you)很(hen)大(da)的(de)幫(bang)助(zhu)。




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