基于V600ME14-LF的锁相环设计

2011-07-17 16:30:33来源: 互联网

锁相环路是一个能够跟踪输入信号相位的闭环控制系统, 它在很多领域都有广泛的应用;比如调制解调、频率合成、精密仪器测量、FM立体声解码等。锁相环的应用如此广泛是由其独特的优良特性决定的。它具有载波跟踪特性,作为一个窄带滤波器, 它可提取淹没在噪声中的信号, 并用高稳定的参考振荡器锁定, 也可提供一系列高稳定的频率源,以进行高精度的频率和相位测量等; 本设计正是给出了锁相环在频率源中的应用和设计方法。

  1 锁相环路设计方案

  图1所示是根据锁相环的基本原理以及具体需要设计的方案框图, 其中, 参考频率REF由10MHz晶振产生,考虑到VCO的频率输出在2~3GHz, 而鉴相器的输入频率范围有限, 所以采用先分频的方式通过分频器分频, 之后再送给DDS,最后再经过DDS分频, 从而满足鉴相器输入频率范围的要求。VCO芯片V600ME14-LF的电压调谐范围为0~24V, 所以,本方案中的环路滤波器采用有源滤波器, 并将鉴相器的输出经过放大后送到VCO, 从而使电压的调谐范围可以满足输出频率的要求。

  

 

  图1 锁相环设计方案框图

  本设计方案将DDS作为可编程的分频器, 其分频系数可在1/2~1/2n之间变化, 从而实现频率很高的小数分频。DDS作为分频器,其频率不能太高, 所以, 在其前面应加入分频器, 分频器可设置为4、8、16、32分频, 该分频器采用32分频,并通过控制DDS分频系数来使VCO的变化范围达到要求的2~3GHz。

  环路滤波采用有源滤波器的设计方式, 有源滤波器不仅可滤除干扰信号,同时也有放大的作用,可以弥补鉴相器输出信号较小的缺点,从而达到VCO输入电压的要求。

  2 V600ME14-LF介绍

  2.1 特性说明

  V600ME14-LF是Z-COMM公司推出的一款S波段且符合RoHS的VCO, 该芯片的工作频率范围是2000MHz ~4000MHz, 调谐电压范围为0 ~24V, 同时, 该VCO具有以下特征:

  ◇ 10kHz时的相位噪声为-89dbc/hz;

  ◇ 谐波抑制(2nd): 典型值为-15dbc, 最大值为-10dbc;

  ◇ 输出功率典型值为: 2~11dbm;

  ◇ 驱动能力: 10MHz/V;

  ◇ 调谐灵敏度(avg.): 110MHz/V;

  ◇ 工作温度范围: -40-85℃;

  ◇ 电源电压: 5V;

  ◇ 电源电流(Icc): 典型值为44mA。

  图2所示是相位噪声和频偏的关系的示意图,图中的单位分别是dbc/Hz和Hz。

  

 

  图2 相位噪声与频偏的关系曲线图

  2.2 引脚介绍

  V600ME14-LF芯片采用的是MINI-16-LOW封装, 图3所示是其引脚示意图, 各引脚的功能如下:

  

图3 V600ME14-LF的引脚示意图

 

  P1: 调谐电压输入端, 通过环路滤波之后,可将调谐电压输入到谐振回路, 从而提供可调节的电压;P2: 射频输出端;P3:电源电压输入端, 用于输入VCO所需要的电源电压;REST: 接地端, 除了以上三个在图中标明的引脚外, 剩余的引脚都是地端。

  2.3 外围电路

  V600ME14-LF芯片的输出驻波比小于1.67:1(RL=12.0db)。为了防止由于负载芯片(比如混频器等) 而引起阻抗不匹配,设计时应在P2端添加某种形式的隔离,图4所示的电路中使用了一个10db的PAD和一个缓冲放大器来满足上面的要求。而如果隔离不满足要求, 则会带来三个方面的问题:

  

 

  图4 外部电路连接图

  其一是功率输出的波动; 二是会降低相位噪声性能; 三是负载会依赖频率而变化。

  图4电路中的旁路电容和耦合电容是和频率相关联的, 图中的10db的PAD和射频输出端的距离要尽量的近,布局布线也必须严格的符合射频设计的规范要求。比如50Ω的微带线是必须要有的, 细心的选择元器件也是必不可少的。

  3 应用注意事项

  该VCO是贴片封装, VCO的地必须直接连接到PCB板上所覆铜的地层,所覆的铜必须覆盖整个VCO的下面。

  使用时位于板子周长上的16个半洞的内径主要用来为VCO和母版提供一个连接的表面, 器件外围的屏蔽罩是镀锡的CRS或者合金,在电源输入端加入旁路电容或者一个射集跟随器可抑制电源噪声, 而在器件下面放置一些过孔可减小不想要的地面电抗, 事实上,根据输出频率的不同在设计时增加一些额外的过孔是很有必要的。

  4 结束语

  V600ME14-LF是一款性能不错的VCO, 可广泛应用在测试仪器设备、CATV前端设备、卫星通信系统等。但在应用的过程中,需要按照器件相关资料上的要求来布局布线, 这样可以达到比较好的效果。

关键字:设计

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0717/article_7224.html
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