VCO驅(qū)動高壓鎖相環(huán)頻率合成器電路

        鎖相環(huán)(PLL)電路是一種由壓控振蕩器(VCO)和鑒相器組成的反饋系統(tǒng)。

        振蕩器信號跟蹤施加的頻率或相位調(diào)制信號是否具有正確的頻率和相位。

        當(dāng)需要從固定的低頻信號生成穩(wěn)定的高輸出頻率時,或者需要快速更改頻率時,可以使用PLL。

        典型的應(yīng)用包括使用高頻,電信和測量技術(shù)來實現(xiàn)濾波,調(diào)制和解調(diào)以及實現(xiàn)頻率合成。

        圖1.鎖相環(huán)框圖圖1顯示了基于PLL的頻率合成器的框圖。

        VCO產(chǎn)生輸出信號。

        它通過PLL保持在設(shè)定頻率并鎖定到參考頻率。

        參考頻率通常由非常精確的石英振蕩器提供。

        在鎖相環(huán)電路的反饋路徑部分中,通過一個分頻器在相位檢測器之前提供一個可調(diào)的VCO分頻比。

        VCO包含可調(diào)節(jié)的調(diào)諧元件,例如變?nèi)荻O管,其電容隨輸入電壓而變化。

        因此,PLL電路可被視為VCO反饋控制系統(tǒng)。

        VCO所需的輸入或控制電壓通常高于提供給PLL電路的電源電壓。

        電源電壓通常為3.3 V或5 V,根據(jù)頻率要求,VCO可能需要高于20 V的電壓。

        要生成更寬的頻率范圍,可以使用具有更寬調(diào)諧范圍的VCO。

        圖2顯示了一個簡單電路的示例,該電路支持千兆赫茲范圍內(nèi)的VCO。

        VCO可以使用Synergy Microwave Corporation的DCYS100200-12。

        該產(chǎn)品在28 V(VTUNE)下產(chǎn)生2 GHz的頻率,如圖3所示。

        有幾種可能的選項可產(chǎn)生高控制電壓。

        一種是使用有源環(huán)路濾波器,該環(huán)路濾波器主要由高速放大器和低通濾波器組成,它們可以將鑒相器(CPOUT)的輸出脈沖轉(zhuǎn)換為干凈的DC電壓。

        或者,您可以將PLL頻率合成器與集成電荷泵一起使用,例如ADI的ADF4150HV,它不需要額外的有源環(huán)路濾波器。

        盡管兩種解決方案都需要高壓電源,但使用ADF4150HV可以減少所需的組件數(shù)量。

        它還可以避免有源濾波器放大器引起的失真和相位噪聲。

        此外,ADF4150HV允許實現(xiàn)小數(shù)N分頻或整數(shù)N鎖相環(huán)頻率合成器。

        最終的VCO頻率可以除以1、2、4、8或16,以便輸出頻率可以低至31.25 MHz。

        圖2. ADF4150HV的高壓電荷泵電源的簡化電路。

        圖3. DCYS100200-12的控制電壓與頻率的關(guān)系曲線。

        通過使用DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器ADP1613,可以產(chǎn)生ADF4150HV集成電荷泵所需的高電壓,而不會造成性能下降。

        PLL性能。

        ADP1613是一款高效開關(guān)穩(wěn)壓器,集成了功率晶體管,可以輕松實現(xiàn)高達20 V的輸出電壓。

        還可以使用額外的外部元件來實現(xiàn)更高的輸出電壓,特別是通過外部功率晶體管。

        ADP1613的開關(guān)頻率可以在650 kHz至1.3 MHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

        這樣可以實現(xiàn)更好的瞬態(tài)響應(yīng)和簡單的噪聲過濾。

        一般而言,建議選擇高于1 MHz的開關(guān)頻率,以減少通過PLL環(huán)路濾波器的開關(guān)噪聲。

        使用ADF4150HV的鎖相環(huán)頻率合成器電路通過使用集成的RF分頻器提供超寬帶PLL功能。

        工作頻率范圍是62.5 MHz至2 Ghz。

        通過采用相同的PLL硬件設(shè)計,可以為系統(tǒng)中的多個不同硬件平臺生成不同的頻率。

        但是,如果要求某個設(shè)計適用于不同的VCO類型,則需要在設(shè)計中集成相應(yīng)的環(huán)路濾波器。

        這樣,可以確保鎖相環(huán)的可靠操作。

        為了實現(xiàn)相對較寬的輸出頻率調(diào)節(jié)范圍以及相關(guān)的更高輸出功率,ADF4150HV的每個RF輸出還需要一個小型濾波器。

        并聯(lián)連接一個27 nH電感器和一個50Ω電阻器可以有效地調(diào)節(jié)高達3 GHz的頻率。

        該電阻器提供了定義的輸出阻抗。

        較低的電感將導(dǎo)致頻帶擴展到較低的范圍。

        如今,也有可能提供適用于較大頻率范圍(即適用于PLL,濾波器和VCO)的集成解決方案,但是由于不同組件之間的距離很近,可能會導(dǎo)致無用的耦合。

        離散的設(shè)計和由此實現(xiàn)的物理隔離可以大大減少

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