低相位噪声宽频带锁相频率源的设计

相器的工作频率也会影响PLL输出相位噪声，可以用10Lg（Fcomp）来描述。 

具体模块的实现 

1.2～3GHz信号的产生模块 

该模块采用加拿大的Skyworks公司生产的单片集成锁相环路芯片CX72300来实现，它的特点是小频率间隔（可小于100Hz，由于它18位的小数分频）、低相位噪声（可达-90dbc/Hz，由于它使用了∑－△技术）和宽频带，外接环路滤波器和VCO可构成高性能宽频带锁相频率合成器。这些主要得益于18位的∑－△技术下的小数数字式低噪声分频器。CX72300合成器有一频率功率控制电路，在频率变化太快或太慢时，能帮助环路滤波器管理压控振荡器，可以加快环路捕获时间。 

此外，压控振荡器选用中国电子集团十三研究所的HE486B,它采用硅超突变结变容管调谐，频带宽，可以达2～3GHz；利用硅双极管振荡，相位噪声低，典型值为－95dBc/Hz。 

设计的参考频率是16MHz，参考分频比从132开始（2112MHz），到195（3120MHz），小数位取最大位（保证频率间隔尽可能小）。通过单片机，输入对应的控制字，那么基于cx72300的PLL就可以输出对应的频率。

2.本振信号的产生模块（2GHz） 

本设计采用了使用Analog器件公司提供的锁相环芯片ADF4113，它的最大输出频率为4GHz，噪声性能很好（PN1Hz为-217）。为了降低相位噪声，淘汰了原来的芯片ADF4360－2，虽然这款芯片内置VCO，可以让整个这一模块的设计简单很多，但是，它内置的VCO噪声性能不好，而且VCO是噪声的一个重要来源。所以，为了整体相位噪声性能，改用ADF4113，VCO从新挑选。 

另外，如上面所说，参考频率共用CX72300的参考频率，以降低相位噪声。 

环路滤波器的仍选择三阶无源低通滤波器，具体各个电容电阻大小使用公司网站上提供的仿真软件ADISimPLL来确定，这样就省了计算滤波器的元件参数，相当方便。具体如下： 

3.混频器使用Linear Technology凌特公司的有源双平衡混频器LT5512，它的RF,IF，LO工作频带宽（0.1～3GHz），相互的隔离度高，含有使能引脚可以开关芯片。输出的信号用合适的低通滤波器，把0～1GHz的信号和其它高频信号分开，就可以得到想要频率。需要注意的是该器件在本例中工作频率很高，所有涉及高频的器件必须使用贴片的，本设计中的涉及高频的电容电阻电感都使用0805封装。其他模块的电路也一样。 

4.控制电路使用了爱特梅尔(Atmel)公司的芯片AT89S51,它是Atmel公司的一款新推出的高性价比的芯片，功能相当完备，内含4K的Flash，不用扩展ROM，可以直接烧写程序使用。通过编写程序，让单片机的I/O口输出两组控制字，分别控制CX72300和ADF4113输出频率各自的频率。而且，AT89S51单片机可以在线修改程序，这样，需要那个频率，可以在现场对计算机修改对应的输入控制字，即可得到想要的频率，当然，这一部分将来也可做成一个键盘，实现人机会话。在试验阶段，我的程序让它自动的输出一系列的频点，而且，在每个频点保持一定的时间，以便观察输出信号。

结束语 

通过对PLL频率合成器的深入研究，结合使用了直接模拟式频率合成方案，本文给出了一种低噪声宽频带的高性能的频率合成器。它的输出频率0～1GHz，包括了绝大多数电子设备的频率，因此，它将作为一款多用表的频率基准。

参考文献

【1】 万心平、张厥盛、郑继禹，锁相技术，西安电子科技大学出版社，1989 
【2】 Dean Banerjee，PLL Performance、Simulation and Design，2006 
【3】 远坂俊昭 著，何希才 译，锁相环电路设计与应用，科学出版社，2006 
【4】  张冠百，锁相与频率合成技术，电子工业出版社，1989 

作者简介： 

温国谊（1981-），男，硕士研究生，主要研究方向为锁相环在频率源上的应用。 
王家礼（1942-），男，教授，博导，主要从事微波电路研究。