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）去qu控kong製zhi壓ya控kong振zhen蕩dang器qi的de頻pin率lv輸shu出chu。環huan路lu濾lv波bo器qi包bao括kuo有you源yuan環huan路lu濾lv波bo器qi和he無wu源yuan環huan路lu濾lv波bo器qi
，可ke根gen據ju所suo選xuan用yong的de鎖suo相xiang環huan芯xin片pian和he壓ya控kong振zhen蕩dang器qi來lai確que定ding環huan路lu濾lv波bo器qi的de形xing式shi。

　　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(wei)600～658 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。




推薦閱讀：

20A LED 驅動器提供準確度為 ±3% 的滿標度電流檢測以適合多種應用
不要“充電器”真可以！這幾種創新技術你壓哪一種？
基於加速度傳感器的計步器設計與實現
電源線的噪聲共模幹擾和差模幹擾優化設計