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微波頻率合成器提供多倍頻程覆蓋范圍和出色的相位噪聲性能

2020-10-13 來源:微波射頻網 作者:ADI-Marty Richardson 字號:

作者:Marty Richardson,ADI 高級應用工程師

簡介

市場對更高帶寬和更高數據速率的需求日益增加,系統頻率和調制速率要求不斷提高。隨著曾經用于軍事和國防領域的應用進入消費市場,低功耗變得至關重要。在滿足這些要求的同時,還需要保證:不會犧牲電氣性能或功能。為了滿足這些要求,除了改善進信噪比 (SNR)、誤碼率 (BER) 和用戶熟悉的優質服務外,還必須改善本地振蕩器 (LO) 的相位噪聲

新推出的ADF5610是一款集成式鎖相環 (PLL) 和壓控振蕩器 (VCO),充分體現了ADI致力于解決這些問題最終取得的成果。

頻率覆蓋范圍

ADF5610總共覆蓋8個倍頻,VCO基波頻率范圍為3.65 GHz至7.3 GHz,此頻率可反饋給PLL,以最小化相位噪聲。單端輸出 (RFOUT) 使基波頻率翻倍,可提供7.3 Ghz至14.6 GHz頻率,而差分輸出通過使用1/2/4/8/16/32/64/128分頻設置,同時支持57 MHz至14.6 GHz全頻率范圍。

微波頻率合成器提供多倍頻程覆蓋范圍和出色的相位噪聲性能

圖1. ADF5610的功能框圖。

ADF5610 的VCO架構可實現出色的寬帶頻率合成器性能,同時保持行業領先的相位噪聲性能,在10 GHz 、100 kHz偏置時,標稱開環相位噪聲為–114 dBc/Hz。在僅使用一個無源環路濾波器的情況下,內部狀態機就可以使頻率建立時間低于40 μs;除非需要更快的建立時間,否則無需使用額外的電路或查找表 (LUT)。

適合轉換器時鐘應用的出色PLL性能

雖然ADF5610內部的鎖相環 (PLL) 具有中等品質因數 (FOM)–229 dBc/Hz(高電流模式下為–232 dBc/Hz),但考慮到1/f噪聲 (–129 dBc/Hz) 和出色的VCO相位噪聲特性,則可以實現低于38 fs(1 kHz至100 MHz集成限值)的rms抖動。因此,ADF5610非常適合要求嚴苛的轉換器時鐘應用。環路濾波器電阻值應保持最小,以在高頻率 (100 MHz) 范圍內實現較低的熱噪聲。為了達到這個性能水平,必須使用超低噪聲基準電壓源。

微波頻率合成器提供多倍頻程覆蓋范圍和出色的相位噪聲性能

圖2. RMS抖動:8.0 GHz。

微波頻率合成器提供多倍頻程覆蓋范圍和出色的相位噪聲性能

圖3. RMS抖動:14.4 GHz。

通信和儀器儀表LO

除了很寬的頻率覆蓋范圍、行業領先的相位噪聲和極快的鎖定時間之外,ADF5610還具有其他特性,因此非常適合無線和儀器儀表應用。在這些應用中,ADF5610一般作為本地振蕩器使用。

24位小數分辨率相當不錯,與ADF5610的精確頻率模式功能配合使用時,有可能實現零 (0 Hz) 誤差頻率生成。將ADF5610用作本地振蕩器時,因為標稱輸出功率為5 dBm,所以可以直接通過RFOUT端口驅動有源混頻器,這樣無需額外的放大電路,可以節省寶貴的電路板空間。采用單端方式使用時,差分分頻器 (PDIVOUT/NDIVOUT) 的標稱輸出功率為2 dBm,但是,在窄帶應用中,可以通過低損耗巴倫或混合耦合器將差分進行組合,以實現1~2dB輸出功率的增加。

如今低功耗非常重要,ADF5610在低電流模式、禁用輸出分頻器時,只消耗低于700 mW的功率,即使在最壞情況(高性能模式,輸出分頻器設為128分頻)下,其功耗稍高于1 W。即使在低電流模式下,ADF5610的相位噪聲性能在同類產品中也處于領先水平,僅增加2 dBc/Hz。

ADF5610還具有出色的雜散性能,PFD雜散低至-105 dBc,帶內未濾波的整數邊界雜散標稱值為-45 dBc。

小尺寸

ADF5610 PLL/VCO采用7 mm ×7 mm、48引腳基板柵格陣列 (LGA) 封裝。工作時只需極少的外部去耦,因此可以使用小型解決方案實現出色性能。為實現最佳性能,建議使用優質低壓降 (LDO) 穩壓器,例如ADM7150、LT3045/LT3042或HMC1060。VCO需要5 V電源,其余的電路則使用3.3 V電軌供電。ADF5610可以使用ADIsimPLL™進行仿真,以幫助用戶設計實現完整的PLL頻率合成器所需的適當外部元件電路。

結論

ADF5610具備行業領先的頻率覆蓋范圍、出色的相位噪聲性能、高輸出功率、低功耗和小尺寸,因此能夠滿足新通信和儀器儀表系統的嚴苛要求。

作者簡介

Marty Richardson于2014年加入ADI,擔任微波頻率生成部的高級應用工程師。他在射頻/微波領域工作已超過35年,之前曾從事設計和可靠性技術方面的工作。目前,他主要負責鎖相環 (PLL)、壓控振蕩器 (VCO) 和倍頻器產品。他是IEEE的高級會員,閑暇時陪伴家人,他喜歡修整家園、打獵、釣魚和騎山地自行車。

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