一种X波段低相噪跳频源的设计

2012-08-24 17:22:03来源: 电子元器件应用
    随着雷达、电子侦察与对抗、通信等领域技术的发展,对频率源提出了越来越高的要求,主要表现在高频率、低相噪、低杂散、小步进、宽频带、小体积等方面。频率合成技术作为系统实现高性能指标的关键技术之一,包括四种合成方式:直接模拟式频率合成、锁相频率合成(PLL)、直接数字式频率合成(DDS)和混合式频率合成(DDS+PLL)

1 指标要求与方案分析
    具体指标如下:
    频率范围:9.87~10.47 GHz
    频率步进:30 MHz
    相位噪声:≤-93 dBc/Hz@1kHz
    杂散抑制:≤-60 dBc
    跳频时间:≤50μs
    根据所列指标,如果采用直接模拟式虽然相噪、杂散、跳频时间等指标得以保证,但由于所需设备量大,导致体积大、成本高。DDS+PLL合成方式包括DDS激励PLL的方式、DDS内插入PLL做分频器以及DDS与PLL混频的方式。DDS激励PLL做分频器的方式由于DDS最大输出频率不高,需要多次倍频从而恶化相噪,难以满足系统要求DDS与PLL环外混频的方式由于输出信号的带宽和杂散主要取决于DDS而难以满足系统要求,而DDS内插PLL作为分频器的方式得到的信号杂散较低,频率分辨率小且能做到较宽的频带,但是时钟频率较高的DDS价格昂贵。采用锁相环合成,杂散性能与相位噪声性能较好,可实现的工作频带宽,但频率切换速度较慢,跳频时间较长。由于系统并没有对频率切换速度提出过高要求,因此从价格方面考虑,我们采用锁相频率合成技术,基于低相噪锁相环芯片HMC704LP4设计该跳频源。其原理框图如图1所示。

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    选用100MHz OCXO晶振作参考输入信号,采用Hittite公司的小数分频数字锁相环HMC704LP4产生9.87~10.47 GHz、频率间隔为30 MHz的信号。锁相环接收来自时序控制板的控制信号,通过对鉴相器的内部寄存器进行控制,产生所需频点。由于输出频率不能被30 MHz整除,如果选择整数模式则鉴相频率应为10 MHz,分频比N较大,噪声会以20 lgN恶化。因此我们采用小数分频模式,鉴相频率为100 MHz,提高了相噪性能,同时由于HMC704LP4采用Delta-sigma调制技术改善了分数杂散性能,使得输出信号的杂散满足要求。
    VCO选用Hittite公司的HMC512,频率范围为9.6~10.8 GHz,具有二分频、四分频输出,单边带相位噪声为-110 dBc/Hz@100kHz。高通滤波器采用Mini公司的LTCC高通滤波器HFCN-4600+。

2 主要指标分析
2.1 相位噪声分析
    锁相环系统的相位噪声来源于参考输入、反馈分频1/N、电荷泵和VCO。存环路带宽内,参考输入的相位噪声和N分频的噪声占很大比例,电荷泵的相位噪声也很重要。环路带宽外的相噪主要由VCO的相噪决定。
    根据HMC704LP4手册,其FOM基底为Fp0_dB=-227 dBc/Hz@1Hz;闪烁噪声基底为Fp1_dB=-266 dBc/Hz@1Hz。输出为10.47 GHz时可得,PLL基底为
    b.JPG
2.2 杂散分析
    跳频源杂散包括锁相环的鉴相泄露、小数杂散以及电磁兼容等方面带来的杂散。在小数模式下,由于VCO的输出频率与鉴相频率不是整数倍的关系,所以输出信号的杂散由VCO频率和鉴相频率谐波的交互调产生。小数杂散位于输出频率±[fvco-(nfpd+fpdd/m)]处,其中fpd为鉴相频率,d
3 电路设计与实现
3.1 HMC704LP4简介
    HMC704LP4是Hittite公司2011年4月推出的一款低相噪小数分频锁相环芯片,其最高工作频率可达8 GHz,具有整数模式和小数模式,包括鉴相器,精密电荷泵,参考分频器R,可编程分频器N,Delta-sigma调制器以及缓冲放大电路等。
    其主要性能指标如下:
    (1)噪声基底在整数模式下为-233 dBc/Hz,小数模式下为-230 dBc/Hz;
    (2)采用Delta-sigma调制技术改善了分数杂散性能并有周期滑步抑制功能:
    (3)最高参考输入频率高达350 MHz,在整数模式下鉴相频率最高为115 MHz,在小数模式下鉴相频率最高为100 MHz,最小可至DC;
    (4)该芯片有八个供电引脚,其中电荷泵部分的供电电压为5 V,其他供电均为3.3 V;5 V电流典型值6 mA;3.3 V电流典型值52 mA;
    (5)三线SPI串口控制。分为HMC模式和开放模式两种;

[1] [2]

关键字:X波段  低相噪  跳频源  相位噪声

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0824/article_5762.html
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