曾建軍

【摘 要】頻率合成器在通信等多領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，本文介紹了數(shù)字集成鑒相器pe3236的技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于pe3236的頻率合成器，測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】頻率合成器；PLL

1.引言

頻率合成器已經(jīng)在通信、電子對抗、雷達(dá)、測量、儀器儀表等多領(lǐng)域得到廣泛的使用。

鎖相環(huán)頻率合成器PLL主要由鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器三部分構(gòu)成[1]。鎖相環(huán)是一個(gè)相位誤差控制系統(tǒng)，它比較輸入信號和壓控振蕩器經(jīng)分頻器后輸出信號之間的相位差，從而產(chǎn)生誤差控制電壓來調(diào)整壓控振蕩器的頻率，以達(dá)到與輸入信號倍頻的關(guān)系。PLL具有底相噪、雜散抑制高、體積小、重量輕、成本低、易集成、易生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此具有廣闊應(yīng)用前景。

2.PE3236的特點(diǎn)

PLL器件使用Peregrine公司的PE3236，PE3236由10/11雙模前置分頻器、÷R參考分頻器、÷N程序分頻器、鑒相器以及邏輯控制電路組成，PE3236內(nèi)部原理框圖如圖1所示[2]。

PE3236采用吞脈沖技術(shù)，在可編程分頻器的前端加上一個(gè)10/11的雙模前置分頻器，總分頻比N=10（M+1）+A，A≤M+1，1≤M≤511。

對并行和串行接口模式，當(dāng)VCO頻率小于300 MHz時(shí)，N=2～512；當(dāng)VCO頻率小于2GHz 時(shí)，N=90～5135；

對直接接口模式，當(dāng)VCO頻率小于300 MHz時(shí)，N=2～128；當(dāng)VCO頻率小于2GHz 時(shí)，N=90～1295。

工作在并行模式時(shí)，可采用9位M計(jì)數(shù)器、4位A計(jì)數(shù)器及6位R計(jì)數(shù)器，按照表1的數(shù)據(jù)格式，分別在M2_WR、M1_WR、A_WR置數(shù)脈沖的上升沿將M、A、R的二進(jìn)制數(shù)據(jù)打進(jìn)第一寄存器，然后在HOP_WR置數(shù)脈沖的上升沿將第一寄存器的數(shù)據(jù)送給第二寄存器，由鑒相器進(jìn)行鑒相。控制時(shí)序如圖3所示。

工作在直接模式時(shí)，M計(jì)數(shù)器的M8、M7和R計(jì)數(shù)器的R5、R4不用，如表1所示，直接按M、A、R的二進(jìn)制代碼將相應(yīng)的管腳接電源或者地。

3.頻率合成器的設(shè)計(jì)

頻率合成器設(shè)計(jì)主要考慮指標(biāo)有：信號輸出相噪、雜散。

鎖相環(huán)的帶內(nèi)噪聲主要取決于參考源、鑒相器、N分頻器和R分頻器的噪聲大小，而其帶外噪聲則主要取決于VCO的噪聲指標(biāo)。PLL對帶內(nèi)噪聲源呈低通特性，而對VCO噪聲呈高通特性。環(huán)路對帶內(nèi)噪聲源呈低通過濾，故希望環(huán)路帶寬BL選擇的越窄越好；但環(huán)路對VCO呈高通過濾，又希望環(huán)路帶寬BL選擇的越寬越好。為了使兩種噪聲都得到合理的抑制，可以選擇環(huán)路帶寬BL在兩種噪聲源譜密度線的交叉點(diǎn)附近總是比較接近于最佳狀態(tài)的。

3.1技術(shù)要求

3.2方案設(shè)計(jì)

本方案是采用一個(gè)溫補(bǔ)晶體振蕩器（TCXO）作為頻率合成器的參考時(shí)鐘，使用PLL實(shí)現(xiàn)頻率合成，原理框圖如圖4。

PE3236工作在直接模式。在直接模式中，M計(jì)數(shù)器編程只使用M0～M6、參考計(jì)數(shù)器R只使用R0～R3。

環(huán)路的計(jì)算公式為：

由上圖可得PE3236的鑒相頻率FPD =96 / 12= 8 MHz，該本振輸出頻率在FVCO =N*FPD =824MHz，由此可得程序分頻器N=103，從而求得M=9，A=3。有源環(huán)路濾波器中的運(yùn)算放大器采用AD843，VCO是+12V供電的，輸出頻率范圍800-850MHz。

3.3關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)計(jì)算

3.3.1 相噪指標(biāo)

環(huán)路鑒相頻率為8MHz，則環(huán)路自然角頻率可選在約：

ωn=2π×8M/200=251krad/s

環(huán)路帶寬可確定為：

BL=（ζ+1/4ζ）wn/2=133KHz ζ=0.707

輸出相噪在偏離載波1KHz、10KHz、100KHz處位于環(huán)路帶寬以內(nèi)，相噪主要取決于參考源的相噪。而偏離載波128KHz及以外位于環(huán)路帶寬以外，相噪主要取決于VCO的相噪。晶振在偏離載波1KHz、10KHz、100KHz處相噪大約為-130dBc/Hz、-135dBc/Hz、-140dBc/Hz，經(jīng)12分頻可改善約21dB，接近CMOS鎖相環(huán)的基低噪聲-154 dBc/Hz，經(jīng)環(huán)路倍頻103次，相噪惡化20log103=40dB，則得輸出信號環(huán)路帶寬以內(nèi)相噪：

對環(huán)路帶寬以外，VCO在133KHz處的相噪為-125dBc/Hz，所以得輸出信號環(huán)路帶寬以外的相噪能達(dá)到指標(biāo)要求。

3.3.2 雜散指標(biāo)

環(huán)路對輸出雜散的主要貢獻(xiàn)是環(huán)路鑒相頻率8MHz泄漏所致，雜散公式：邊帶抑制比：

3.3.3 環(huán)路參數(shù)計(jì)算

利用PE3236環(huán)路參數(shù)計(jì)算工具算得環(huán)路參數(shù)如圖5所示。

上圖所示的工具軟件計(jì)算的環(huán)路參數(shù)只是理論值，實(shí)際調(diào)試時(shí)需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4.測試結(jié)果

用E4402頻譜儀測試頻譜，頻譜如圖6所示。

用E4402頻譜儀測得在10KHz處的相位噪聲為-91dBc/Hz，100KHz處的相位噪聲為-100dBc/Hz，接近設(shè)計(jì)時(shí)的計(jì)算值；雜散指標(biāo)為-74dB（偏離載波中心頻率±8MHz以外），幅度6.9dBm，滿足指標(biāo)需求。

5.結(jié)束語

本文采用PLL頻率合成技術(shù)，合成了具有相位噪聲好、頻譜純度高、雜散指標(biāo)好、小型化、低功耗等特點(diǎn)的頻率合成器。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張厥盛，鄭繼禹，萬心平.鎖相技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994.

ZHANG Jue-sheng，ZHENG Ji-yu，WANG Xin-ping.Phase Lock Technique[M].Xian：Xidian University Press，1994. （in Chinese）

[2] PE3236 datasheet.Peregrine Semiconductor Corp.2003.