利用低噪声LDO 调节器 ADP150 为ADF4350 PLL 和VCO 供电,以降低相位噪声

2011-05-10 18:29:56来源: 互联网 关键字:实验室电路  ADF4350  PLL  VCO

    电路功能与优势

    本电路利用低噪声、低压差(LDO)线性调节器为宽带集成PLLVCO 供电。宽带压控振荡器(VCO)可能对电源噪声较为敏感,因此,为实现最佳性能,建议使用超低噪声调节器。 图 1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL和VCO ADF4350,它可产生 137.5 MHz至 4400 MHz范围内的频率ADF4350 采用超低噪声 3.3 V ADP150调节器供电,以实现最佳LO相位噪声性能。

    ADP150 LDO 的积分均方根噪声较低,仅为 9 μV(10 Hz 至100 kHz),有助于尽可能降低 VCO 相位噪声并减少 VCO 推压的影响(等效于电源抑制)。 图 2是评估板的照片,它利用ADP150 LDO为ADF4350 供电。ADP150 代表业界噪声最低、封装最小、成本最低的LDO,采用 4 引脚、0.8 mm x 0.8 mm、0.4 mm间距WLCSP封装或方便的 5 引脚TSOT封装。因此,在设计中加入ADP150 对系统成本和电路板面积的影响极小,但却能显著改善相位噪声性能。

    电路描述

    ADF4350 是一款宽带 PLL 和 VCO,包括三个独立的多频段VCO。每个 VCO 大约覆盖 700 MHz 的范围(VCO 之间有一些重叠)较低频率由输出分频器产生。 VCO推压的测量方法是将一个稳定的直流调谐电压施加于ADF4350 VTUNE引脚,然后改变电源电压,测量频率变化。推压系数(P)等于频率变化量除以电压变化量,如表 1所示。 在 PLL 系统中,如果 VCO 推压较高,则意味着电源噪声会
降低 VCO 的相位噪声性能;如果 VCO 推压较低,则电源噪声不会显著降低相位噪声性能。然而,对于高 VCO 推压,高噪声电源会对相位噪声性能产生较大的影响。

    实验显示,推压在 4.4 GHz VCO输出频率时达到最大,因此我们比较了在该频率时采用不同调节器的VCO性能。ADF4350 的A版评估板使用ADP3334 LDO调节器。此调节器的积分均方根噪声为 27 μV(从 10 Hz积分到 100 kHz)。相比之下, EVAL-ADF4350EB1Z B版所用的ADP150只有9 μV。为了测量电源噪声的影响,借助一个窄PLL环路带宽(10 kHz)对VCO相位噪声进行更深入的探究。图 3为该设置的示意图。

    欲了解关于输出噪声密度与频率关系的更详细分析,请参考ADP3334 和ADP150 的数据手册。 图 4显示, ADP3334 调节器的噪声谱密度在 100 kHz偏移时为25 nV/√Hz。ADP150 则为 100 nV/√Hz(图 5)。 电源噪声引起相位噪声性能下降的计算公式如下:

     其中, L(LDO)是在频率偏移fm时调节器对VCO相位噪声的噪声贡献(dBc/Hz);P为VCO推压系数(Hz/V);Sfm为给定频率偏移下的噪声谱密度(V/√Hz); fm为测量噪声谱密度所对应的频率偏移(Hz)。

    然后,电源的噪声贡献与 VCO 的噪声贡献(其本身利用极低噪声电源进行测量)以 RSS 方式求和,得出采用给定调节器时 VCO 输出端的总噪声。 这些噪声以 RSS 方式求和,得出期望的 VCO 相位噪声:

              本例选择 100 kHz 的噪声谱密度偏移,并使用 6 MHz/V 的推压系数,带理想电源的 VCO 噪声取值−110 dBc/Hz。

   

  通过专用信号源分析仪(例如Rohde & Schwarz FSUP)来比较VCO相位噪声。在 100 kHz偏移时,ADP3334 的测量结果为−102.6 dBc/Hz(图 6);而采用相同配置时,ADP150 的测量结果为−108.5 dBc/Hz(图 7)。积分相位噪声也从 1.95°降为 1.4°均方根值。测量结果与计算结果具有非常好的相关性,清楚表明了利用ADP150 为ADF4350 供电的优势。

     常见变化

    如果需要,可以增加调节器,以便在电源之间实现更好的隔离。此外,也可以利用一个 ADF150 调节器为 ADF4350 整个器件供电。不过此时应当小心,确保不要超过单个 ADP150调节器的最大额定电流。如果选择 ADF4350 的最低输出功率设置,这种配置是可行的。

[附件:利用低噪声LDO 调节器 ADP150 为ADF4350 PLL 和VCO 供电,以降低相位噪声]   

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编辑:徐玲珑 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0510/article_8436.html
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