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《頻綜的現(xiàn)狀與未來展望》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。
1、頻率綜合：現(xiàn)狀與未來展望編者按：整整十年前，AlexanderChenakin在《MicrowaveJournal》發(fā)表了關于頻率綜合器市場現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向的文章。這篇文章已被其后的許多作者引用，并且隨著時間的推移，他的大部分預測被證明是正確的?，F(xiàn)在他帶來了關于當前綜合器設計趨勢和未來創(chuàng)新十年的更多發(fā)展方向。射頻/微波行業(yè)一直致力于提供更高性能、更強功能、更小尺寸、更低功耗和更低成本的頻率綜合器1-18。盡管所有的頻率綜合器由于各自具體應用不同，呈現(xiàn)顯著差異，但是他們的基本設計目標相同，如圖1所示。理想的頻率綜
2、合器最好是寬帶的，擁有良好的頻率分辨率，適用于多種潛在應用。除了頻率覆蓋范圍和分辨率，相位噪聲和雜散（spur）是決定系統(tǒng)分辨小信號能力極限的關鍵參數(shù)。另一個影響系統(tǒng)整體性能的關鍵參數(shù)是頻率切換速度。頻率綜合器的頻率轉(zhuǎn)換時間變得越來越有價值，因為這段時間不能進行數(shù)據(jù)處理。由于射頻/微波系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的不斷提高，現(xiàn)代頻率綜合器切換的越來越快。另一個挑戰(zhàn)是削減尺寸和成本。諸如頻率覆蓋范圍廣、步長小、切換速度快、抖動足夠小、尺寸小和低成本等這些要求是現(xiàn)代頻率綜合器發(fā)展的關鍵驅(qū)動因素。?圖1：綜合器的設計挑戰(zhàn)。架構頻率綜合
3、器的特性在很大程度上取決于其特殊架構，可以被分成幾個主要的類型，如圖2所示。直接頻率綜合架構是直接從獲得的參考信號中創(chuàng)建輸出信號，通過在頻域控制和組合參考信號（直接模擬綜合），或通過在時域構造輸出波形（直接數(shù)字綜合）間接頻率綜合方法假定輸出信號以一種輸出頻率和輸入?yún)⒖夹盘栂嚓P的形式（例如，鎖相）在頻率綜合器內(nèi)部生成。同樣，間接頻率綜合可以用模擬和數(shù)字技術來完成。然而實際的綜合器為了得到多種技術的各自優(yōu)勢，通常是結(jié)合多種技術的混合設計。?圖2：頻率綜合器種類。間接頻率綜合幾十年來，間接鎖相環(huán)（PLL）綜合器是（并且
4、仍然是）最常見和最流行的技術。一個通用的單回路鎖相環(huán)（圖3）包括一個可調(diào)電控振蕩器（VCO），可產(chǎn)生一個所需頻率范圍內(nèi)的信號。這個信號通過具有可變分頻比N的分頻器被反饋到鑒相器。鑒相器的另一個輸入是被劃分成所需頻率步長的參考信號。鑒相器對比兩個輸入信號從而產(chǎn)生誤差電壓，使其經(jīng)過濾波（和可選放大）后調(diào)節(jié)VCO產(chǎn)生鎖定的頻率：fOUT=NfPD，其中fPD是鑒相器輸入端的比較頻率。因此通過改變分頻系數(shù)N，以等于fPD的離散頻率步長實現(xiàn)頻率調(diào)諧。圖3：單回路鎖相環(huán)綜合器。一個簡單的PLL頻率綜合器表現(xiàn)出各種限制和權衡。
5、對頻率綜合器性能的主要影響是由為了實現(xiàn)較高的頻率所需的大分頻比和較高的分辨率引起的。注意由PLL器件產(chǎn)生的任何噪聲以20logN的速度惡化，其中N為分頻比。工作在小步長的傳統(tǒng)的整數(shù)分頻鎖相環(huán)，分頻比較大是因為步長必須等于鑒相器的比較頻率。結(jié)果相位噪聲大幅惡化。此外頻率綜合器的切換速度由其環(huán)路帶寬決定，因此受限于鑒相器比較頻率。由于環(huán)路濾波器帶外抑制不足，或者甚至環(huán)路不穩(wěn)定，增加環(huán)路帶寬可能會導致更高頻的參考雜散。因此，這個簡單的單環(huán)架構鎖相環(huán)受限于相互排斥的設計目標。它通常用于要求不高的應用領域或側(cè)重于低成本應用
6、。小數(shù)分頻頻率綜合器小數(shù)N分頻綜合器打破了頻率分辨率和其它特性之間的聯(lián)系，通過采用小數(shù)分頻比使得對于一個給定的步長允許更高的比較頻率。通過改變兩個（或更多）分頻比（比方說，n和n+1）并且在一定時間內(nèi)平均其輸出頻率實現(xiàn)小數(shù)分頻。另一種了解這個過程的方法是計算在給定時間間隔內(nèi)由此復雜的分頻器產(chǎn)生的脈沖數(shù)。顯然，平均分頻系數(shù)介于n和n+1之間，且取決于每個分頻器處理多少個脈沖。此方案最大的問題是小數(shù)N分頻器輸出的瞬時頻率不恒定。分頻系數(shù)的突然變化導致了相位的不連續(xù)性，使得鑒相器輸出電壓產(chǎn)生了尖峰。由于頻率劃分變化以同
7、樣的頻率周期性地產(chǎn)生，它在綜合器的輸出頻譜中表現(xiàn)為離散的雜散。抑制這種諧波需要必須足夠小的PLL濾波器帶寬，而這可能會影響相位噪聲和速度性能。有很多技術可以降低小數(shù)分頻的雜散19-21。通?？梢栽诜诸l系數(shù)變化的時候通過增加或減少鑒相器輸出的電壓來實現(xiàn)。另一種方法是使用一個允許更大的分頻系數(shù)的多模分頻器。在這種情況下，我們會得到大量的小幅度雜散。多模分頻器往往和Delta-Sigma調(diào)制器一起使用，產(chǎn)生隨機頻率雜散并將它們推向更高的偏移頻率，使其可以通過回路濾波器過濾掉。盡管存在各種改進的技術，小數(shù)分頻技術的主要缺
8、點是由小數(shù)劃分機制導致的相位誤差過量產(chǎn)生的大量雜散電平。一種降低小數(shù)分頻雜散的聰明的做法是利用一個可變參考頻率。該技術基于一個小數(shù)N分頻綜合器的雜散的位置是其特定分頻比和輸出頻率的函數(shù)的原理。因此，對于一個給定的輸出頻率，可以通過改變參考頻率和相應的分頻比的方式來移動（然后過濾掉）一個不想要的雜散。這涉及到頻率規(guī)劃，因此需要一個額外的頻率綜合器（用作參考頻率）。此外盡管減
