在高壓，高頻鎖相環(huán)中驅動(dòng)VCO

2020-05-23

VCO所需的輸入或控制電壓通常高于PLL的電源電壓。產(chǎn)生高控制電壓的可能性有多種，包括具有集成電荷泵的PLL頻率合成器。

鎖相環(huán)（PLL）是一種反饋系統，它結合了壓控振蕩器（VCO）和鑒相器，使得振蕩器信號跟蹤具有正確頻率和相位的施加頻率或調相信號。當需要從固定的低頻信號中產(chǎn)生穩定的較高輸出頻率時(shí)，或者需要快速改變頻率時(shí)，可以使用PLL。典型的用例是在無(wú)線(xiàn)電通信鏈路中以及在測試和測量設備（包括矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀（VNA））中的頻率合成。

圖1給出了基于PLL的頻率合成器的框圖。VCO生成輸出信號。它由PLL保持在設定點(diǎn)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。在鑒相器前面的PLL電路的反饋路徑中提供了一個(gè)分頻器，以將VCO頻率降低一個(gè)可調因子。

1.鎖相環(huán)（PLL）是一種結合了壓控振蕩器（VCO）和鑒相器的反饋系統

VCO包含一個(gè)可調調諧元件，例如一個(gè)變容二極管，其電容會(huì )根據輸入電壓而變化。因此，PLL電路是用于VCO的一種反饋控制系統。

VCO所需的輸入或控制電壓通常高于PLL電路可用的電源電壓。電源電壓通常為3.3或5 V，而VCO根據所需頻率可能需要大于20 V的電壓。為了產(chǎn)生更寬的頻率范圍，可以使用具有更寬調諧范圍的VCO。支持千兆赫范圍內的VCO的簡(jiǎn)化電路示例如圖2所示。

2.顯示的是ADF4150HV的高壓電荷泵電源的簡(jiǎn)化原理圖.

例如，可以將Synergy Microwave Corporation的DCYS100200-12 用作VCO。如圖3的曲線(xiàn)所示，它以28 V（V TUNE）抽出2 GHz的頻率

3.該圖將控制電壓與Synergy Microwave組件的頻率進(jìn)行比較

產(chǎn)生高壓

產(chǎn)生高控制電壓有幾種可能性。一種是使用有源環(huán)路濾波器，它主要由一個(gè)高速放大器和一個(gè)低通濾波器組成，該濾波器將相位檢測器（CP OUT）的輸出脈沖整形為干凈的直流電壓?；蛘?，可以使用具有集成電荷泵的PLL頻率合成器，例如不需要額外的有源環(huán)路濾波器的Analog Devices的ADF4150HV 。

即使兩種解決方案都需要高壓電源，但使用ADF4150HV可以減少組件數量。有源濾波器放大器引起的失真和相位噪聲也可以消除。此外，ADF4150HV可用于小數N分頻或整數N分頻PLL頻率合成器。因此，可以將VCO頻率除以1、2、4、8或16，以獲得最低至31.25 MHz的輸出頻率。

ADF4150HV的集成電荷泵所需的高壓可以通過(guò)ADP1613 dc-dc轉換器產(chǎn)生，而不會(huì )影響PLL的性能。ADP1613用作開(kāi)關(guān)穩壓器，集成了功率晶體管，可實(shí)現高達20 V的輸出電壓。通過(guò)使用額外的外部元件，尤其是通過(guò)外部功率晶體管，也可以實(shí)現更高的輸出電壓。

ADP1613的開(kāi)關(guān)頻率可在650 kHz至1.3 MHz范圍內調節，從而提供更好的瞬態(tài)響應和簡(jiǎn)單的噪聲濾波。通常，建議使用大于1 MHz的開(kāi)關(guān)頻率，以便PLL濾波器可以降低開(kāi)關(guān)噪聲。

當使用集成的RF分頻器時(shí)，具有ADF4150HV的PLL頻率合成器具有超寬帶PLL功能。該部分還涵蓋了62.5 MHz至2 GHz的頻率。使用相同的PLL設計，可以為系統中的許多不同硬件平臺生成不同的頻率。但是，如果您使用各種類(lèi)型的VCO，則在設計中合并相應的環(huán)路濾波器是有意義的。這樣，您可以確保鎖相環(huán)可靠地運行。

由于其相對較寬的輸出頻率范圍和較高的輸出功率，ADF4150HV的每個(gè)RF輸出上也都需要一個(gè)小的濾波器結構。一個(gè)27nH電感與一個(gè)50Ω電阻并聯(lián)可用于高達3 GHz的頻率。電阻器提供了定義的輸出阻抗。較低的電感會(huì )導致頻帶擴展到較低的范圍。

PLL頻率合成仿真工具ADIsimPLL還支持HF功能塊和建模的高頻信號鏈的開(kāi)發(fā)。它使設計人員能夠模擬可能影響PLL性能的重要非線(xiàn)性效應。例如，頻率合成過(guò)程中的雜散（雜散頻率）。

還可以在一個(gè)外殼中提供適用于較大頻率范圍（即PLL，濾波器和VCO）的集成解決方案。但是，由于不同零件之間的距離太近，這些解決方案可能導致不希望的耦合。離散的設計以及由此產(chǎn)生的物理隔離將這種風(fēng)險降到最低。