鉴频鉴相器HMC440的在C波段频率合成中的应用

2007-08-17 11:53:05来源: 现代电子技术

现代无线电通信和雷达技术的飞速发展,64QAM甚至256QAM等调制的应用,对系统的相位噪声性能提出了更高更严格的要求。这就要求系统的载波、本振具有更好的相位噪声指标,这便是超低相位噪声的频率合成器的应用背景。本文介绍了一套应用HITTITE公司的低相噪鉴频鉴相器HMC440设计的低相位噪声C波段锁相跳频源。

1 系统方案介绍

输出频率范围:4 428~5 220 MHz;

频率步进:36 MHz(23个频点);

相位噪声:

其系统框图如图1所示。

系统采用了混频锁相的方案。主要是因为HMC440鉴相频率范围为10~2 800 MHz,所以不能直接由VCO返回鉴相器,而加固定前置分频器又不能满足跳频的要求。于是,混频锁相成了惟一可行的办法。

另外根据带内相噪估算公式(不考虑晶振的相噪):



注:HMC440技术资料上给出的-153 dBc/Hz@10 kHz

offset@100 MHz,换算到1Hz即为-233 dBc/Hz

可见,理论上,要实现上述相噪指标,完全由晶振相噪决定。对晶振而言:

主环倍频恶化:

20 log((5 220—4 140)/36)=30 dBc/HZ

辅环倍频恶化:

20 log(4 140/36)=41 dBc/Hz

于是晶振相噪只要满足:

若采用恒温晶振,则实现上述相噪指标将很容易。可见,要获得低相噪的微波频率源,选用HMC440这样具有很低噪声基底(-233 dBc/Hz)的鉴相器,是完全必要且切实可行的选择。

2 电路实现部分

2.1 环路滤波器

如图2所示,这是HMC440产品资料上给出的典型应用电路。该芯片是浮地输出的模拟鉴相器,相应的环路滤波器也就是浮地的差模输入,类似于比较经典的芯片Q3236,PE3236,而不同于现在主流的电荷泵型鉴相器芯片。

环路滤波器模型如图3所示,为获得最佳环路带宽,需调整环路滤波器参数R1,C1,R2,C2。

按照锁相环经典理论,根据环路带宽ωn和阻尼系数ξ可以计算出环路滤波器各元件值:

其中Kd是鉴相器的鉴相灵敏度,这里HMC440的Kd是0.286 V/rad,Kφ是VCO的压控灵敏度(rad/V),N是锁相环的倍频倍数。阻尼系数ξ为兼顾滤波器的过冲和衰减取0.707~1之间的一个值即可。这样只要C2取定一个值,就可以同时确定R1,R2。

C1的引入主要为滤去鉴相器产生的谐波,其引入的极点应远离主极点,即ωc=1/R1C1>10ωn,于是C1<1/10ωnR1,这样环路滤波器就完全确定了。

2.2 混频、放大部分

由于采用无源混频,为驱动混频器需较大功率的本振。为了降低杂散,本振选为主环VCO返回的信号,而射频端由辅环提供。因为若以辅环4 140 MHz为本振,则这一频点由于本振泄漏将成为一个较大的杂散难以抑制。以他为射频端口,再辅以一个反向隔离度较大的放大器来放大主环VCO返回的信号作为本振,同时,在装配结构上再加上金属隔条,则4 140 MHz的信号将不会对最后的频率输出产生多大影响,可以做到杂散抑制大于60 dB。为驱动混频器,选用了两级放大器,第一级选用Agilent公司的MGA-86576低噪声宽带放大器,具有20 dB的增益。第二级选用HITTITE公司的HMC441功率放大器,在4~6 GHz频带内,反向隔离度大于45 dB,1 dB压缩点为17 dBm。这样两级放大电路在扣除功率分配以及不匹配问题以后,仍然足以驱动混频器。

3 硬件实现及实测数据

3.1 硬件实现

2块PCB板分别在腔体的正反两面,电源和射频信号线通过过孔连接。铜皮覆盖部分为有金属隔条和需隔离部分。HMC440在布板时要注意芯片底部要打较大的过孔,以便安装时灌锡以加强散热,因为其工作电流有250 mA,发热量较大。

3.2 实测数据

图4、图5是对4 716 MHz频点的相噪和实测数据记录。因为恒温晶振供货周期的问题,这次测试采用的是一个温补晶振,而并非方案中提到的恒温晶振,所以指标上要打些折扣。然而,除100kHz频偏的相噪略差1 dB外,其余指标都已经达到要求。可以预料,如果使用恒温晶振,则各项指标都会令人满意。

4 结 语

综上可见,使用这款超低相噪基底的鉴相器,可以十分方便地实现低相噪的频率合成。电路结构简单、调试方便,调试工作基本集中在环路滤波器的优化,以实现最佳环路带宽。现代卫星通信系统、军事通讯系统、Sonet时钟发生系统等,对载波和本振的低噪声性能有着日益严格的要求,因此,像HMC440这样一类使用方便,超低噪声基底的鉴相器有很好的应用前景。

关键字:噪声  步进  混频  锁相

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/RFID/200708/1743.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
噪声
步进
混频
锁相

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved