机载低相位噪声X波段频率合成器的研究

L_VCO(1)=10log（antilog（L_VCO/10）

+antilog（PN supply/10）

+antilog（PN tune/10））=

-106.7dBc/Hz

芯片相位噪声等于-107dBc/Hz。如果PLL带宽设为200kHz，那么将会在200kHz频偏处产生一个3dB的过冲。因而把PLL带宽设为350kHz，为。

图13所示为10kHz分辨率带宽、带宽跨度为2MHz测量所得合成器输出频谱。与仿真结果相比，在300到1000kHz频偏范围内有额外的相位噪声。由式1来看，相位噪声响应在350kHz以上应该有一个-20dB/十倍频程的斜坡。然而途中曲线在300-600kHz范围内是恒定值。这一效应由于运算放大器和充电泵PSRR在300-600kHz波段内减小。

图13、合成器输出频谱

谐波抑制器

接下来的问题就是如何获高效率，低谐波电平。当产生饱和的高谐波分量时放大器效率最大。谐波滤波器（12）包含带开路短截线的微带线。它们的长度为1.5倍、2倍和3倍F_OUT频率对应波长的1/4，间隔为F_OUT波长的1/4。传输线放置在12.5GHz截止频率波导宽面。波导的窄面放置一个吸收器，其上有全部短截线的末端。短截线发射出来的大谐波信号被迅速吸收。插入损耗在F_OUT、2F_OUT和3F_OUT处分别为3dB、36dB和40dB。测量得到的二次谐波水平为-48dBc，三次谐波水平小于-55dBc。输出功率为+13dBm，总功耗为2.3W。

微音效应的抑制

抑制微音效应对机载设备非常重要。瓷片电容存在压电效应。如果将它们应用在高阻电路，如VCO调谐端，中则成为微音调频源。由于100Hz处的共振，激励VCO调谐端0.13V的压电电压会产生-30dBc输出杂散。铁氧体微波隔离器也存在微音效应。因为它们均是VCO的负载，所以成为微音调频源。

必须量由调谐端口，供电端口和和负载反射系数调制产生的VCO低频率调制PLL抑制。对于固定和可调PLL，调谐端口的调频测量都是很容易的。首先，通过把充电泵设置为三态使PLL不工作。在VCO调谐端利用一个大电阻输入小幅正弦信号。由此测量出自激励状态下杂散相对水平。下式给出

其中U_m和F_mod为调谐端口的调制信号的幅度和频率。然后把PLL置于工作状态，测量出此状态下的相对杂散水平，式子给出如下：

其中s=j2F_mod。20表示PLL调频抑制。其分别对固定和可调PLL计算。相位项（1+G（s））也计算得出。图14、15给出仿真结果。在500Hz处有一个大约为100dB的调频抑制。在这样低的电平上测量会非常困难的，于是在实际测量中采用F_mod=20kHz。对于两个PLL测量出来的调频抑制均为37-39dB。这与仿真结果大致相同。

图14、固定PLL的调频响应仿真

图15、可调PLL的调频响应仿真

结论

本文介绍了机载频率合成器的实用设计。一种混合合成器结构可以使芯片相位噪声性能提升8dB。最佳的实用合成器结构对来自所有源的杂散进行抑制，使其输出水平小于-64dBc。计算了这些杂散的水平，并且讨论了杂散抑制方法。最佳的供电单元结构使设计具有功效高、杂散低和体积小的特点，但在300-600kHz频偏范围内有一个较低的来自供电电源的额外相位噪声。仿真和测量了PLL调频抑制。