宽带CDMA发射机低相噪本振源的设计

使得该频率点上的Spur不影响整机的ACPR（ACPR-40dBc/±2.5MHz），设定该点上（±2.5MHz）的相噪相对幅度-120dBc。

3 器件选取与参数确定

3.1 参考频率源的选取

通过上述指标的确定，参数频率源的频率稳定度应为：±1.7ppm(包括温度频稳定、供电电压频稳定、负载牵引频稳定和年老化率累加)。为便于确定锁相环路的分频比，设定其工作频率20MHz=8×2.5MHz（信道带宽）。

3.2 锁相环芯片的选取与参数设定

a.芯片选取

芯片选取方面决定选用美国国家半导体（National Semiconductor）锁相环芯片。本设计在EVM调制精度方面要求严格，它与本振源相噪之间的关系为：

（4）式中，L（f）为相位噪声密度。因此锁相环的相位噪声成为设计成功与否的关键。首先，对锁相环路的种类进行选择（见表1）。

表1 PLL IC种类与性能比较

由表1可以看出，单锁相环整数分频器应为首选。

为达到相噪最小化的目的，在选用锁相环IC时，笔者着重考察了1Hz归一化鉴相器噪声的指标。理论上，该参数是在鉴相频率为1Hz时的鉴相器引起的相位噪声。它是基于参考频率源、分频器和VCO对于带内噪声的贡献一般远小于鉴相器噪声的实际情况而设定的一个技术指标。

相位噪声=(1Hz归一化鉴相器噪声)+10?log（比较频率）+20?log（反馈支路分频比N）

在National Semiconductor所有的单环数分频的锁相环芯片中，LMX2347的1Hz归一化鉴相器噪声值最低，为-220dBc/Hz，而其他芯片一般在-210dBc以上。计算机仿真结果表明，当1Hz一化鉴相器噪声的值为-210dBc时，其相应EVM值为2.9%，而在-220dBc时为1.06%（比较频为2.5MHz时）。因此，选择LMX2347成为必然。

b.分频比的确定

由于本项目的信道宽度为2.5MHz，因此理想的比较频率应为2.5MHz。此时，分频比N为1470/2.5=588，但LMX2347仅能产生992到32767范围内的连续分频比，因此，决定选择比较频率为1.25MHz。做出该选择副作用是由于N值的增加，整体相噪会增加3dB。即使LMX2347的相噪特性下降3dB，其整体特性仍至少优于其他芯片-210-（-220）-3dB=7dB。而且实际仿真表明，当比较频率为1.25MHz时，EVM为1.66%，仍旧满足设计要求。

3.3 VCO的选取与指标设定

相位噪声是VCO设计的关键指标。由公式（5）求得合理的VCO在10kHz上的相噪为-95dBc/Hz。

其中，k为相位噪声谱中带内最低相噪密度，单位是dBc/Hz，p是带内峰值相噪。

为减小VCO输入电容对环路滤波器的影响，规定其输入电容应小于10pF。

图片看不清楚？请点击这里查看原图（大图）。

图3 PLL仿真结果

4 电路设计与仿真

为了方便电路的设计与调试，笔者编写了一套ADSPLL仿真程序。该程序可以灵活地选择滤波器阶数，并可在每次参数变化后一性给出与该次变化相对应的相噪、杂散、相位余量等参数，使设计者在器件值变化后可了解PLL的整体特性。

仿真软件以环路滤波器Z参数中的Z21代表环路增益，从而使得环路滤波器拓扑结构可以随便调整。另外，由于ADS软件自身的优点，该仿真软件可以对任何指标进行参数优化，从而得出最优的电路参量。在相位噪声方面，该仿真程序考虑了1Hz鉴相器相噪、VCO相噪以及环路滤波器各电阻所引入的噪声。总噪声为各部分噪声在PLL输出端的叠加，如（6）式。

TotalNoise(f)=10log(10PLLNoise(f)/10+10CCONoise(f)/10+10R2-Nsise(f)/10+10R3_Noise(f)/10+10R4_Noise(f)/10+10TotolSpur(f)/10) (6)

该程序给出了PLL电路的开环增益及相位变化。相位余量对应于增益为0dB时的相位变化。考虑到本振源对ACPR参数的影响，在该仿真程序中加入比较频率上的杂散噪声。

PLL IC的杂散噪声由漏电杂散噪声（Leakage Spur）和脉冲杂散噪声（Pulse Spur）构成，其计算公式分别为：

LeakageSpur=BaseLeakageSpur+20log(LeakageCurrent/kφ)+SpurGain （7）

PulseSpur=BasePulseSpur+SpurGain+40log(Fcomp/1?Hz) （8）

其中，BaskLeakageSpur为常量16dBc，LMX2347的BasePulseSpur为-322dBc，SpurGain为杂散频点上的环路增益，Leakage为电荷泵在三态高阻上的漏电流，Kφ为鉴相增益，Fspur为杂散频点的频率。

为增强对杂散噪声抑制以提高邻道抑制（ACPR）性能，并考虑到1.25MHz的比较频率，本设计采用4阶环路滤波器，在仿