多倍頻程微波合成器實現最小化相位雜訊
作者 : Marty Richardson，ADI資深應用工程師
為了滿足更高的頻寬和資料速率以及低功耗等要求，除了改善SNR、誤碼率(BER)和用戶熟悉的優質服務外，還必須改善本地振盪器(LO)的相位雜訊。具有整合式PLL和VCO的微波廣域合成器有助於解決這些問題...
市場對更高頻寬和更高資料速率的需求日益增加，系統頻率和調變速率要求也不斷地提高。隨著曾經用於軍事和國防領域的應用進入消費市場，低功耗變得非常重要。在滿足這些要求的同時，還需要保證不犧牲電氣性能或功能。
為了滿足這些要求，除了改善訊號雜訊(SNR)、誤碼率(BER)和用戶熟悉的優質服務外，還必須改善本地振盪器(LO)的相位雜訊。具有整合式鎖相迴路(PLL)和壓控振盪器(VCO)的微波廣域合成器，如ADI推出的 ADF5610，有助於解決這些問題。
頻率覆蓋範圍
該微波廣域合成器ADF5610總共覆蓋8個倍頻，VCO基波頻率範圍為3.65GHz至7.3GHz，此頻率可反饋給PLL，以最小化相位雜訊。單端輸出(RFOUT)使基波頻率翻倍，可提供7.3GHz至14.6 GHz頻率，而差分輸出透過使用1/2/4/8/16/32/64/128分頻設定，同時支援57MHz至14.6GHz全頻率範圍。
圖1：ADF5610的功能方塊圖。
ADF5610 的VCO架構可實現卓越的寬頻頻率合成器性能，同時保持先進的相位雜訊性能，在10GHz 、100kHz偏置時，標稱開路相位雜訊為–114dBc/Hz。在僅使用一個被動迴路濾波器的情況下，內部狀態機就可以使頻率建立時間低於40μs；除非需要更快的建立時間，否則無需使用額外的電路或查閱資料表(LUT)。
PLL性能適於轉換器時脈應用
雖然這款合成器內部的PLL具有中等品質因數(FOM) –229dBc/Hz (高電流模式下為–232dBc/Hz)，但考慮到1/f雜訊(–129dBc/Hz)和卓越的VCO相位雜訊特性，則可以實現低於38fs (1kHz至100MHz整合限值)的rms抖動。因此，ADF5610適合要求嚴苛的轉換器時脈應用。迴路濾波器電阻值應保持較小，以在高頻率(100MHz)範圍內實現較低的熱雜訊。為了達到這個性能，必須使用超低雜訊基準電壓源。
圖2：RMS抖動：8.0GHz。
圖3：RMS抖動：14.4GHz。
通訊和儀器儀表LO
除了寬廣的頻率覆蓋範圍、先進的相位雜訊和極快的鎖定時間，該合成器還可作為本地振盪器，適於無線和儀器儀表應用。
24位元小數解析度搭配ADF5610的精準頻率模式功能時，可能實現零(0Hz)誤差頻率。將ADF5610用於LO時，因為標稱輸出功率為2dBm，所以可以直接通過RFOUT埠驅動主動混頻器，這樣無需額外的放大電路，可以節省寶貴的電路板空間。採用單端方式使用時，差分分頻器(PDIVOUT/NDIVOUT)的標稱輸出功率為2dBm，但在窄頻應用中，可以透過低損耗巴倫或混合耦合器將差分進行組合，以實現1~2dB輸出功率的增加。
如今低功耗非常重要，在低電流模式、禁用輸出分頻器時，該合成器只消耗低於700mW功率，即使在最壞情況(高性能模式，輸出分頻器設為128分頻)，其功耗稍高於1W。即使在低電流模式下，ADF5610的相位雜訊僅增加2dBc/Hz。
小尺寸
ADF5610 PLL/VCO採用7 mm × 7 mm、48接腳基板閘格陣列(LGA)封裝。工作時只需極少的外部去耦合，因此可以使用小型解決方案實現卓越性能。為實現優質性能，建議使用優質低壓降(LDO)穩壓器，例如ADM7150、LT3045/LT3042或HMC1060。VCO需要5V電源，其餘的電路則使用3.3V電軌供電。ADF5610可以使用ADIsimPLL進行模擬，以協助用戶設計實現完整的PLL頻率合成器所需的適當外部元件電路。
結論
具有整合式PLL和VCO的微波廣域合成器(如 ADF5610)，提供了更寬廣的頻率覆蓋範圍、卓越的相位雜訊性能、高輸出功率、低功耗和小尺寸，能夠滿足通訊和儀器儀錶系統的嚴苛要求。
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