实现射频信号源的低相位噪声及高速频率切换的共存

2012-09-15 09:06:02来源: 佳工机电网
接收机质量和测试仪速度的提高对信号发生器性能提出了更为严苛的要求。随着频谱日益拥挤,通信行业必须开发新的调制技术,提高组件测试速度和性能及生产能力。因此,现在比以往更加需要经济高效的高质量信号源解决方案。

和汽车到手机的演变类似,信号发生器的性能不断提高而价格却日益走低,客户和消费者不断要求获得更多的功能和性能且希望价格更低。

RFIC 设计和手机生产测试要求信号源降低相噪,加快频率切换速度,这种要求通常来说是矛盾的。因此一般而言,性能优化往往只能针对其中一种要求或另一种要求,很少能够同时满足两种要求。Aeroflex S-Series信号发生器采用了具有特点的频率合成器设计[图1]同时优化两方面的性能,在频率切换时间小于100 μs的同时,1 GHz典型相噪低至-135 dBc/Hz,频偏20-kHz [图2]。

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图 1: S-Series SGA 模拟信号发生器频率切换速度低于 100 μs,
1 GHz 典型相位噪声-135 dBc/Hz,频偏 20-kHz

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图 2: Aeroflex S-Series SGA 模拟信号发生器方框图

现代器件技术的进步实现了频率合成器设计的小型化和简单化,与前代产品相比,其尺寸和成本都有大幅的下降。在信号发生器体积更小、重量更轻的同时,其功能还可以随着产品的发展不断进行扩展。本文重点介绍这种频率合成器的设计原理及其对输出信号带来的影响。

多环频率合成器

多环频率合成器设计具有更宽的频率范围 (高达6 GHz)和极高的频率分辨率。这种特殊设计[图2]采用两个锁相环 (PLL)。一个提供可按粗调步长在所需范围内进行步进调整的高频、低噪声 RF 信号。直接数字频率合成器 (DDS) 提供可在粗调步长内内插进行精密频率分辨的低频信号。两种信号输入第二个 PLL 生成最终输出信号。

低噪声高频信号源

尽管声表面波 (SAW) 振荡器一直是 1GHz 频段低噪声信号源,但采用倍增大功率 VHF 晶振仍是最好的方法。问题是高频晶振可以降低噪声,但会加大内插步长难度,低频晶振可以缩小步长,但会造成噪声成倍增加。为了解决这种矛盾,采用135MHz晶振和小数乘法器,信号频率范围967 MHz到1350 MHz,步长22.5 MHz,与 22.5MHz 晶振相比,采用135MHz晶振时本底噪声可改善16 dB。

晶振设计人员面临相互矛盾的要求。良好相位噪声需要大功率,缩小调谐范围。受测试仪生命周期晶振老化的影响,压控晶体振荡器 (VCXO) 锁定特定频率需要小功率和较宽的调谐范围。解决办法是采用大功率振荡器降低噪声,以数字方式处理晶振老化。135MHz晶振是 10MHz标准参考频率相位比较振荡器,可产生精确的频率输出。内插频率合成器动态编程实时修正频偏。

内插频率合成器

内插频率合成器高频信号调谐范围11.25 MHz至内插22.5MHz。输出环路可加减频率,因此所需范围仅为粗调步长的一半。这种内插频率合成器的其他基本功能包括:

精密0.01Hz合成器分辨率范围可倍增到 6 GHz,
偏置VCXO额定频率偏差,
应用宽频带 FM。

720MHz 压控声表面波振荡器 (VCSO) 是10MHz 基准频率锁相振荡器,用作DDS时钟。频率合成器生成非调制 CW 时,通过增加一级 720MHz 信号,进一步降低 DDS 输出已经很低的假信号,滤除低频微小偏差。这种情况下,频率范围为 22.5 MHz 至33.75 MHz。当需要频率合成器生成宽频偏 FM 信号时,额定内插频率范围由33.75 MHz 变为 45 MHz,内插信号可在 ±10 MHz 范围内浮动,实现宽频偏。DDS 输出用于直接将频率范围由 23.75 MHz (33.75 MHz - 10 MHz) 变为 55 MHz (45 MHz + 10 MHz)。
[1] [2]

关键字:射频信号源  低相位噪声  高速频率切换

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0915/article_5924.html
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