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。

 Block diagram of the ADF5610

1ADF5610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。

 RMS jitter: 8.0 GHz

2RMS抖動:8.0GHz

 RMS jitter: 14.4 GHz

3RMS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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