rf电路设计讲座（2）vco/pll的测量和设计技术
2007-12-28 14
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今日的行动通讯系统需要的是更高的通讯质量、传输速率、频率以及更多频道的带宽，并且提供轻便的、耗电量低、体积小的特色。在这些限制条件下，包含组件的选择及评估，最后结合成为一套完整的设计，这是非常大的挑战。根据上述所提及的要求内容，合成振荡器(synthesized oscillator)在射频设计中是不可或缺的一环。
典型的合成振荡器结合了一个电压控制振荡器、一个锁相回路（pll）芯片、频率参考组件（如石英/tcxo）以及回路滤波器（loop filter）。电压控制振荡器（vco）是用来产生rf输出频率。pll（在这里是指模拟式pll；即不同于纯数字式的pll）是作为稳定和控制频率之用。回路滤波器的设计，必需整合所有的构成要素，在噪声和瞬间响应之间做取舍（如图一）。在本文中，将描述锁相回路（pll）、电压控制振荡器（vco）和相关的评量资料，这将让射频电路设计者能将包含回路滤波器在内的振荡器，发挥到最大的效益。最后介绍pll频率合成振荡器和vco电路的设计实例，这是因为在设计之前，电路设计者必须先了解相关的测量仪器所提供的功能、pll/vco的特性参数，如此才能精确地判断，自己设计的电路是否有达到规格的要求。 utj安规与电磁兼容网
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vco的特性参数
下列表示一般性的vco特性参数。要评估这些参数，各项仪器和装置都必需列入要求，甚至包括作为电源供应和可调式电压源（tuning voltage source）之特定dc电源。utj安规与电磁兼容网
1） 射频频率〔hz〕utj安规与电磁兼容网
2） 射频功率〔dbm〕utj安规与电磁兼容网
3） 相位噪声〔dbc/hz〕utj安规与电磁兼容网
4） 残余fm〔hz rms〕utj安规与电磁兼容网
5） dc消耗电流〔ma〕utj安规与电磁兼容网
6） 微调灵敏度〔hz/v〕utj安规与电磁兼容网
7） 谐波/寄生频率〔dbc〕utj安规与电磁兼容网
8） 推频〔hz/v〕和挽频〔hz p-p〕
为达到最佳的电路表现，许多vco的特性都应在各种变化下作评估。举例来说：一个非常基本的参数就是，vco输出频率对可调式电压（f-v）之关系。此参数的延伸是微调灵敏度（hz/v），它是f-v曲线的微分值。理论上，它被视为一个常数，但实际上却不然。f-v曲线斜率的改变是频率的函数，我们必须清楚了解它，因为这是设计回路滤波器的重要参数。然而，这两项参数也必须在不同电源电压（vcc）的情况下被评估，因为输出频率可能会随着电源电压的改变而漂移。dc功率灵敏度被称之为推频(frequency pushing)，射频输出功率也是vcc和输出频率的函数，这些都应该做评估。因为当输出功率过低时，将产生严重的噪声；而当输出功率过高时，则会产生讯号失真和消耗太多dc功率。此外，dc功率灵敏度可能会将vcc噪声转换成为振荡器输出的调变（modulation）/噪声。
许多其他的参数也必需列入评估，不仅只是相位噪声（phase noise）。相位噪声是一个极重要的参数，我们在设计正确的回路时，势必要知道的。而且相位噪声将会影响合成振荡器的许多重要的工作特性，这包括相邻通道的功率。
图一为pll频率合成器之基础方块图，其中包括了：utj安规与电磁兼容网
。分频器（frequency divider）utj安规与电磁兼容网
。相位比较器（phase comparator）utj安规与电磁兼容网
。可编程分频器（programmable frequency divider）utj安规与电磁兼容网
。预标定器（prescaler）
