ADI LTC6948和LTC6946系列合成器，帶給你更好的本振體驗

作者：吳紅輝? ?公司：駿龍科技

隨著移動通信的發(fā)展，通信技術(shù)已發(fā)展到5G 時代，通信系統(tǒng)也變得越來越復雜，頻段也越來越高。有用的信號向更高頻率的搬移，離不開本振的參與。鎖相環(huán)（PLL）作為本振信號的來源，是現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本構(gòu)建模塊，廣泛應用于各種通信設備，儀器儀表等測試設備中，也可用于時鐘信號分配和降噪，或用作高采樣速率模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換的時鐘源。因此，本振的質(zhì)量在通信系統(tǒng)中也至關(guān)重要。由于各種新的應用如信號的掃描不斷出現(xiàn)，越來越多客戶希望找到一款相噪好，又能更快鎖定時間的合成器。ADI LTC6948和LTC6946系列就能很好地解決這個問題。頻段能夠覆蓋從0.37G-6.39G，并可廣泛應用于信號掃面、識別和捕捉。

一、鎖相環(huán)的基本原理

鎖相環(huán)主要由三大部分構(gòu)成：鑒相器、VCO 、環(huán)路濾波器，如下圖（圖1）所示：

圖1 鎖相環(huán)基本原理

二 、合成器的核心指標

核心指標一：相位噪聲

首先說到合成器的核心指標：相位噪聲，我們需要了解相位噪聲是由哪些因素決定的。這有利于我們在進行硬件調(diào)試時，及時準確找出問題所在，提高工作效率。

相位噪聲的決定因素：

· 參考源的抖動：φin

· VCO 的固有抖動

· 環(huán)路濾波電路產(chǎn)生的噪聲

· 分頻電路產(chǎn)生的噪聲

圖2 鎖相環(huán)傳輸函數(shù)模型

圖3 相位噪聲貢獻分布圖

圖4 相位噪聲分布圖

核心指標二：雜散

其次說到雜散，不得不提的是：ADI的LTC6948系列小數(shù)分頻合成器，其采用了消除?-∑ Modulator Spurs。?-∑調(diào)制技術(shù)已成功地應用于音頻范圍的各種高性能的過采樣中。在小數(shù)分頻鎖相環(huán)中 ， 利用?-∑調(diào)制技術(shù) ， 將合成器鎖相環(huán)中小數(shù)分頻器產(chǎn)生的相位雜散轉(zhuǎn)換為高通型相位噪聲 ， 再利用環(huán)路低通濾波特性予以濾除 ， 從而僅用單環(huán)即可獲得很高的頻率分辨率、極低的相位雜散及實現(xiàn)各種數(shù)字調(diào)制 ， 這就大大簡化了各種合成信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu) ， 成為一種先進實用的頻率合成方式，并在國外獲得廣泛應用 。

對比前后的差異會發(fā)現(xiàn)為什么指標那么重要。因為在接收機系統(tǒng)中，雜散和其他信號混頻得到的信號如果落在有用信號帶內(nèi)，會影響接收機的靈敏度，然而這些信號又是無法通過濾波來解決的，因此消除這些雜散是必要的。

圖5 傳統(tǒng)架構(gòu)（無?-∑調(diào)制技術(shù)）頻譜

圖6 有?-∑調(diào)制技術(shù)的頻譜

核心指標三：鎖定時間

最后說到鎖定時間的問題，LTC6948系列小數(shù)分頻合成器，可以實現(xiàn)很小的頻率分辨率，同時大大提高了鑒相參考頻率，小數(shù)分頻部分的整數(shù)分頻遠小于整數(shù)分頻的分頻比，這樣就提高了頻率切換的速度，解決了分辨率與速度之間的矛盾問題。

實測LTC6948和LTC6946系列合成器，在查表的模式下能達到大約20us的鎖定時間：即預置寄存器。這個時間達到了模擬鎖相環(huán)的極致，既盡可能接近數(shù)字鎖相環(huán)DDS的鎖定時間，又很好地回避了雜散問題?？梢哉f把模擬鎖相環(huán)的指標做到了極致。同時該系列合成器，特別對于人們普遍關(guān)系的@10K處的相噪做了深度優(yōu)化，能保證在高頻率輸出的情況下達到很好的相位噪聲。

三、硬件設計

一個好的合成器，除了本身優(yōu)秀的芯片設計，嚴格的PCB Layout，也是不可缺少的。其中最關(guān)鍵的莫過于電源設計，合成器的關(guān)鍵部分PLL和VCO都是非常敏感的電路，極易收到外部的干擾。電源上的干擾主要是干擾路徑，一個干凈的供電，是合成相噪的保證。在這里推薦大家使用ADI目前業(yè)界最好的LDO：LT3042/3045， 它們具有極低的噪聲和極高的PSRR。這些指標都完美契合了鎖相環(huán)的相噪指標。

LT3045/3042的關(guān)鍵指標：

· Ultralow RMS Noise： 0.8μVRMS （10Hz to 100kHz） n

· Ultralow Spot Noise： 2nV/√Hz at 10kHz

圖7 LDO:LT3045 紋波抑制比

除此之外，合理的不限布局也是合成器設計成功的關(guān)鍵，芯片模擬和數(shù)字部分的隔離是必要的，包括模擬和數(shù)字的供電等，芯片盡可能遠離輻射較大電路部分比如開關(guān)電源等，如果實在無法避免或者空間不夠，可以采用加屏蔽罩等措施來進行空間隔離，同時合理的布局也是避免參考整數(shù)倍雜散的關(guān)鍵。

ADI 不僅提供了高性能的芯片，同樣提供了完美的仿真工具（ADIsimPLL）， 這個工具讓我們的環(huán)路濾波器設計變得簡單很多，同時還有時域和頻域的量化仿真結(jié)果，而且可以靈活的調(diào)制，來滿足不同客戶的不同要求。

此外，LTC6948和LTC6946做了盡可能PIN TO PIN 的設計，讓客戶在同時使用這倆款芯片的時候，盡可能減少重復設計，減少了工作量，為客戶節(jié)約了成本。與此同時ADI LTC6948和LTC6946在寄存器配置方面非常簡單，容易操作，不同于其他廠商繁瑣的寄存器配置。

由于LTC6948系列內(nèi)部集成的是18-Bit Fractional Denominator，根據(jù)實測一般都會有幾Hz的偏差。因此，對于客戶需要頻率精度非常準的場合，不建議選用此系列芯片。而ADI 的HMC83X系列合成器，集成了24/32-Bit Fractional Denominator， 就能夠完美解決這個問題，并且能夠提供很好的相位噪聲。

ADI是唯一一家可以提供齊全的頻率合成器選擇的公司，頻率從10K到32GHz，能夠滿足各種場合的不同需求，同時配合倍頻器系列產(chǎn)品，能夠?qū)㈩l率范圍實現(xiàn)成倍的增加。ADF4371合成器是目前業(yè)界能夠達到的最高頻率的合成器，最高頻率可達32G，帶有RF輸出靜音的功能，能為ADF4372（最高到16G ）及具有掃頻功能的ADF5610提供高速采樣時的時鐘參考。

圖8 ADI 寬帶合成器選型表

四、總結(jié)

一個好的合成器設計，不僅需要一個高性能的芯片，還要有合理規(guī)范的布線布局來支撐，并需要一個好的參考源（其中合理的壓擺率選擇也是考慮的關(guān)鍵）。合理的電源管理，合理的環(huán)路濾波器設計，正確合理的寄存器配置，才能設計出性能更好的頻率源。

參考資料

《鎖相環(huán)電路設計與應用》作者：（日）遠坂俊昭