一种低相噪锁相环电路的制作方法

文档序号:9276570阅读:735来源:国知局
一种低相噪锁相环电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锁相环电路,尤其是涉及一种低相噪锁相环电路。
【背景技术】
[0002] 现有锁相环电路主要用于频率合成器中,将外部参考输入信号的频率倍增,使频 率合成器得到较高的频率输出。现有的锁相环电路包括鉴相器(Phase Detector)、环路滤 波器(Loop Filter)、压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator)、分频器(Frequency Divider)和耦合器,鉴相器的参考输入端与外部参考输入信号连接,鉴相器的输出端与环 路滤波器的输入端连接,环路滤波器的输出端与压控振荡器的输入端连接,压控振荡器的 输出端与耦合器的输入端连接,耦合器的耦合端与分频器的输入端连接,分频器的输出端 与鉴相器的射频输入端连接。
[0003] 现有的锁相环电路工作原理如附图1所示。
[0004] 设外部参考输入信号为Ui(t),相位为0i(t),频率fi(t);设鉴相器输出误差信号 为ujt);设压控振荡器的输出信号为相位为0。(〇,频率为f;(t);设分频器输出信 号为ujt),相位为吣(t),频率为则锁相环电路工作过程如下:鉴相器通过比较外 部参考输入信号U i (t)与分频器处理后信号(t)的相位0i(t)与0 Jt)后,将二者的相 位差转换成线性误差电流或误差电压信号I (t),再经过环路滤波器滤除u Jt)的纹波干 扰后得到较纯净的调谐电压ud(t),压控振荡器在调谐电压的作用下生成所需频率的信号 当外部参考输入信号频率fjt)与分频器输出信号频率f;(t)相等时,它们的相位差 也将保持固定,压控整荡器输出的信号保持锁定状态,此时有f;(t) = fjt) XN。
[0005] 分析现有的锁相环电路的噪声时,可将锁相环等效为一个线性系统,得到现有锁 相环相位噪声数学模型如附图2所示。其中A Gi(S)为外部参考输入信号的相位抖动,Vnpll 为鉴相器的噪声电压,A 0vra(s)为压控振荡器相位抖动,A 0N(S)为分频器的相位抖动, Kd为鉴相器增益,F (s)为环路滤波器的传输系数,K ^为压控振荡器的压控灵敏度,K/s为压 控振荡器的传输系数,N/s为分频器传输系数。
[0006] 当现有的锁相环的参考输入信号相位噪声与鉴相器、压控振荡器和分频器的相位 噪声不相关时,现有的锁相环的相位噪声可有线性叠加原理得:
数表示为
[0011]
[0012] 即现有锁相环的固有相位噪声与外部参考输入信号的相位噪声将会恶化201g(N) dB〇
[0013] 在环路带宽外,
锁相环的相位噪声主要由压控振荡器的相位 噪声决定。
[0014] 现有的锁相环电路存在以下问题:在环路带宽内,锁相环电路固有的相位噪声和 外部参考输入信号相位噪声恶化程度依赖于分频器的分频倍数,且分频器分频倍数越高, 锁相环电路的相位噪声恶化越严重;由于分频器分频比为锁相环电路的输出信号频率除 以外部参考输入信号的频率,外部参考输入信号一般由晶振产生,晶振的价格由其产生的 信号的频率决定,频率越低,晶振成本越低,因此外部参考输入信号通常使用频率较低的晶 振,一般为IMHz~500MHz,而锁相环电路的输出信号的频率较高,一般在IGHz以上,甚至可 达毫米波段(30GHz~300GHz),现有的锁相环电路中分频器分频比较高,由此导致锁相环 电路的固有相位噪声与外部参考输入信号的相位噪声恶化也较为严重。

【发明内容】

[0015] 本发明所要解决的技术问题是提供一种低相噪锁相环电路。该低相噪锁相环电路 路通过混频器(Mixer)来引入偏移源信号以减小分频比,使锁相环电路固有相位噪声和外 部参考输入信号相位噪声恶化程度减小,从而降低锁相环电路在环路带宽内的相位噪声。 [0016] 本发明解决以上技术问题所采用的技术方案为:一种低相噪锁相环电路,包括鉴 相器,环路滤波电路,压控振荡器,耦合电路,功率放大电路,混频电路。所述的鉴相器包括 参考输入端、射频输入端和电荷泵输出端(Charge Pump Output),所述的环路滤波电路包 括输入端和输出端,所述的压控振荡器包括调谐电压输入端和射频输出端,所述的耦合电 路包括输入端、耦合端、直通端,所述的功率放大电路包括输入端和输出端,所述的混频电 路包括本振端、射频端和中频端。所述的鉴相器参考输入端与外部参考源连接,所述的鉴 相器射频输入端与所述的混频电路中频端连接,所述的鉴相器的电荷泵输出端与所述的环 路滤波电路输入端连接,所述的环路滤波电路的输出端与压控振荡器的调谐电压输入端连 接,所述的压控振荡器的射频输出端与所述的耦合电路的输入端连接,所述的耦合电路的 直通端为锁相环输出端,所述的耦合电路的耦合端与所述的功率放大电路的输入端连接, 所述的功率放大电路的输出端与所述的混频电路的射频端连接,所述的混频器的本振端与 外部偏移源连接。
[0017] 所述的鉴相器包括第一电阻、第一电容和型号为ADF4002的鉴相器芯片,所述的 第一电阻的一端接地,所述的第一电阻的另一端与所述的鉴相器芯片的第19脚连接,所述 的第一电容的一端接地,所述的第一电容的另一端与所述的鉴相器芯片的第4脚连接,所 述的鉴相器芯片的第6脚、第7脚、第11脚、第16脚、第17脚和第18脚均接入3V电压, 所述的鉴相器芯片的第1脚、第2脚、第3脚、第9脚和第10脚均接地,所述的鉴相器芯片 的第5脚为所述的鉴相器的射频输入端,所述的鉴相器芯片的第8脚为所述的鉴相器的参 考输入端,所述的鉴相器芯片的第20脚为所述的鉴相器的输出端。该电路中,鉴相器芯片 ADF4002的相位噪声很低,能够保证锁相环固有相位噪声处于较低水平。
[0018] 所述的环路滤波器包括第二电容、第三电容、第四电容、第二电阻和第三电阻,所 述的第二电容的一端、所述的第二电阻的一端和所述的第三电阻的一端连接且其连接端为 所述的环路滤波器的输入端,所述的第二电容的另一端接地,所述的第二电阻另一端与所 述的第三电容的一端连接,所述的第三电容的另一端接地,所述的第三电阻的另一端与所 述的第四电容的一端连接且其连接端为所述的环路滤波器的输出端,所述的第四电容的另 一端接地。该电路中,环路滤波器采用无源环路滤波器结构简单,对相位噪声具有进一步的 抑制作用。
[0019] 所述的压控振荡器包括第五电容和型号为HMC917LP3的压控振荡器芯片,所述的 第五电容的一端与所述的压控振荡器芯片的第16脚连接,所述的第五电容的另一端为所 述的压控振荡器的输出端,所述的压控振荡器芯片的第20脚接入3V电压,所述的压控振荡 器芯片的第15脚接地,所述的压控振荡器芯片的第22脚为所述的压控振荡器的输入端。该 电路中,压控振荡器输出信号功率和频率稳定,具有较小的相位噪声。
[0020] 所述的耦合器包括平行间隔设置的第一微带线和第二微带线,所述的第一微带线 的长度为4. 8mm,所述的第一微带线的宽度为I. 1mm,所述的第二微带线的长度为4. 8mm
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