VCO驅動高壓鎖相環頻率合成器電路

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

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

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

        典型的應用包括使用高頻,電信和測量技術來實現濾波,調制和解調以及實現頻率合成。

        圖1.鎖相環框圖圖1顯示了基于PLL的頻率合成器的框圖。

        VCO產生輸出信號。

        它通過PLL保持在設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的VCO分頻比。

        VCO包含可調節的調諧元件,例如變容二極管,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。

        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的VCO。

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

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

        有幾種可能的選項可產生高控制電壓。

        一種是使用有源環路濾波器,該環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允許實現小數N分頻或整數N鎖相環頻率合成器。

        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系曲線。

        通過使用DC-DC升壓轉換器ADP1613,可以產生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是一款高效開關穩壓器,集成了功率晶體管,可以輕松實現高達20 V的輸出電壓。

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

        ADP1613的開關頻率可以在650 kHz至1.3 MHz范圍內調節。

        這樣可以實現更好的瞬態響應和簡單的噪聲過濾。

        一般而言,建議選擇高于1 MHz的開關頻率,以減少通過PLL環路濾波器的開關噪聲。

        使用ADF4150HV的鎖相環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硬件設計,可以為系統中的多個不同硬件平臺生成不同的頻率。

        但是,如果要求某個設計適用于不同的VCO類型,則需要在設計中集成相應的環路濾波器。

        這樣,可以確保鎖相環的可靠操作。

        為了實現相對較寬的輸出頻率調節范圍以及相關的更高輸出功率,ADF4150HV的每個RF輸出還需要一個小型濾波器。

        并聯連接一個27 nH電感器和一個50Ω電阻器可以有效地調節高達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,可能會導致無用的耦合。

        離散的設計和由此實現的物理隔離可以大大減少

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