基于 PLL 的 B3G 频率合成器的研究与设计.doc
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1、精品论文推荐基于 PLL 的 B3G 频率合成器的研究与设计冯建武北京邮电大学电信工程学院,北京(100876)E-mail:摘要:本文首先介绍了频率合成技术的概念,并针对直接式、间接式和直接数字式三种频 率合成技术的特点选择了更适合 B3G 频率合成器应用的间接式 PLL 频率合成技术;随后针对B3G 频率合成器的指标要求,对电路进行了详细设计,并着重分析了参考频率输入、中频输出、射频输出电路的设计;最后,给出了 B3G 频率合成器电路的最终测试结果和改进措施。 关键词:频率合成器,PLL,B3G中图分类号:TN929.531.频率合成技术概述频率合成是指以一个或数个参考频率为基准,在某一频
2、段内,综合产生并输出多个工作 频率点的过程。基于这个原理制成的频率源称为频率合成器。在通信领域内,频率合成器主 要用于产生收发信机的本振信号,是收发信机的关键组成部分1。频率合成的方法主要有直接式、间接式和直接数字式三种基本类型。直接式是最早出现 的一种频率合成器,它是由一个或多个晶体振荡器经过开关转换,倍频,分频,混频,滤波 后的各种频率进行一定的组合,从而产生所需频率的装置;应用锁相环路的频率合成方法称 为间接式,锁相频率合成器利用了相位反馈控制原理来稳频,在对频率切换速度要求不高, 但对相位噪声、杂散抑制要求较高时,锁相频率合成有其特殊的优势;最新的频率合成方法 是直接数字式,它用数字计
3、算机和数模变换器来产生信号,完成直接数字频率合成2。锁相频率合成器利用了相位反馈控制原理来稳频,相位噪声低、杂散抑制度高。数字锁 相频率合成器除了体积小,具有较低的相噪的优点外,还具有良好的窄带跟踪滤波特性,对 输入信号寄生干扰抑制能力强,不易错锁以及选择或改变波道方便等优点,在通信中得到了广泛应用3。其结构框图如图 1 所示。-6-参考fr频率源 参考 分频 R鉴相器环路 滤波器 VCOf0=Nfr/RfN可变分 频N控制电 路图 1 数字锁相频率合成器基本方框图在 B3G 频率合成器设计中,由于不需要频繁的改变频率合成器的输出频率,但对相位噪 声、杂散抑制的要求较高,所以最终选择了应用锁相
4、环路(PLL)的频率合成方法。2.B3G 频率合成器电路的设计方案本振频率稳定度和相位噪声主要取决于参考晶振的频率稳定度和相位噪声,以及锁相环 路引起的附加相位噪声恶化。表 1 为系统总体提出的频率稳定度和相位噪声指标:表 1 频率稳定度和相位噪声指标技术指标参数值备注频率稳定度0.05ppm参考晶振使用 OCXO基带时钟频率及稳定度10MHz,3.3V TTL,4555%占空比;频率稳定度由 OCXO 决定输出阻抗为 50 欧姆相位噪声-70dBc/Hz1kHz offset-85dBc/Hz 10kHz offset-105dBc/Hz 100kHz offset系统采用数字锁相技术来实现
5、该频率合成器的设计,其主要技术指标如表 2 所示:表 2:频率合成器设计的主要技术指标本振 1(中频)本振 2(中频)本振 3(射频)标称频率374MHz748MHz3076 MHz输出功率-8-0dBm-8-0dBm11-15dBm频率稳定度1106 /月1106 /月1106 /月相位噪声-70dBc1KHz-85dBc10KHz-105dBc100KHz-70dBc1KHz-85dBc10KHz-105dBc100KHz-70dBc1KHz-85dBc10KHz-105dBc100KHz杂波抑制70dBc(50500MHz)70dBc(50800MHz)70dBc(5005000MHz)
6、输出接口SMA/50SMA/50SMA/50输出驻波比1.21.21.2工作温度-1055-1055-1055依据设计指标,设计频率合成器电路总体结构如图 2 所示。频率合 成器 SI4133748MHzIF2要求 -150dbm10MHzOCXOIF功分 JPS-2-1频率合 成器 SI4133374MHzIF1要求 -10 0dbmRF放大 GALI-53076MHzRF要求 +13dbmRF放大 ERA-50SMRF倍频 HMC187图 2 PLL 频率合成器电路结构框图如图 2 所示,频率合成器电路主要由参考频率输入、中频输出和射频输出组成。下面将 结合系统需求,分别进行设计分析。1.
7、参考频率输入 晶振是数字锁相频率合成器中最重要的部件之一,晶振参考源直接影响输出信号近载频的相位噪声,晶振参考源也往往是构成限制频率合成器输出近端相噪的主要因素。由于 B3G 射频子系统对频率稳定度的要求是0.05ppm,所以我们选用工作频率为10.000MHz 满足相噪要求的高频率稳定度和高频谱纯度的恒温晶体振荡器(OCXO)作为频率 合成器的参考源,其特性参数见表 3:表 3:晶振(OCXO)的特性参数表标准频率10.000MHz相位噪声-105dBc10Hz-120dBc100Hz-140dBc1kHz-145dBc10kHz工作温度范围-3070频率稳定度510-8该电路系统需要两片
8、Si4133 芯片来完成三个端口的频率输出,这就要求晶振(OCXO)产生的参考频率需要分成两路输出分别接入两片 Si4133 芯片的时钟输入端 XIN(15),因此, 我们在晶振(OCXO)输出端连接一片功分器 JPS-2-1,其主要作用是产生两路功率均衡的频 率输出。2.中频输出我们将中频最终选择为 374MHz,调制器的本振输入就使用该频率,且需要的功率在-100dBm 间可选;而由于选择的解调器 LT5517 内部本振驱动电路具有一个 2 分频器,所 以解调器的本振电路需要的中频频率为 748MHz,芯片对该本振的功率要求是-150dBm。 SI4133 的中频输出口可以达到-4dBm
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