測試環(huán)路濾波器及射頻電路設(shè)計(jì)

小數(shù)分頻頻率合成器在測試時(shí)必須外接一個(gè)環(huán)路濾波器電路與壓控振蕩器才能構(gòu)成一個(gè)完整的鎖相環(huán)電路。其外圍電路中環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)好壞將直接影 響到芯片的性能測試。以ADF4153小數(shù)分頻頻率合成器為例，研究了其外圍環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)方法，給出了基于芯片測試的環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)流程，并進(jìn)行了驗(yàn) 證測試。

測試結(jié)果表明，該濾波器可滿足小數(shù)分頻頻率合成器芯片測試的需要。在進(jìn)行小數(shù)分頻頻率合成器的芯片測試時(shí)，數(shù)字部分可以通過常規(guī)的數(shù)字測試方法 即可以實(shí)現(xiàn);而輸出射頻信號的相位噪聲、雜散噪聲則需要芯片工作在正常的輸出狀態(tài)下才能測試。小數(shù)分頻頻率合成器芯片在測試時(shí)需要與外接環(huán)路濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)才能構(gòu)成完整的鎖相環(huán)回路，在具備正常的芯片功能的前提下才能實(shí)現(xiàn)對其相位噪聲、雜散噪聲下的測試。

一般而言，壓控振蕩器均使用現(xiàn)成的器件，在挑選器件時(shí)注意性能指標(biāo)的匹配就可以，只有環(huán)路濾波器才是需要計(jì)算和設(shè)計(jì)的。環(huán)路濾波器在整個(gè)電路中 主要作為一個(gè)低通濾波器，它將芯片鑒相器輸出的脈沖信號進(jìn)行低通濾波，將高頻分量濾除，最終得到一個(gè)相對平滑的直流電壓信號去控制VCO工作，從而獲得一 個(gè)穩(wěn)定的頻率輸出。環(huán)路濾波器的性能將直接影響到小數(shù)分頻頻率合成器芯片性能的測試。

本文以ADF 4153型小數(shù)分頻頻率合成器為例，給出了容易實(shí)現(xiàn)的三階環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)方法，能夠滿足芯片實(shí)際測試的需要。

外接環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)

環(huán)路濾波器是電荷泵鎖相環(huán)電路的重要環(huán)節(jié)，它連接在電荷泵和壓控振蕩器之間。鎖相環(huán)的基本頻率特性是由環(huán)路濾波器決定的。實(shí)際上，正是由于環(huán)路 濾波器的存在，鎖相環(huán)才可以選擇工作在任意的中心頻率和帶寬內(nèi)。環(huán)路濾波器的類型多種多樣，大致分為有源濾波器和無源濾波器兩大類，無源濾波器與有源濾波 器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：結(jié)構(gòu)簡單、低噪聲、高穩(wěn)定度和易以實(shí)現(xiàn)。

最常見的無源濾波器是如圖1所示的三階濾波器。一般而言，環(huán)路濾波器的帶寬應(yīng)為PFD頻率(通道間隔)的1/10.提高環(huán)路帶寬會縮短鎖定時(shí)間。但環(huán)路帶寬過大會大幅度地增加不穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致鎖相環(huán)無法鎖定的狀態(tài)。

圖1三階環(huán)路濾波器

環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

為了研究環(huán)路濾波器對鎖相環(huán)輸出頻率相位噪聲的影響，設(shè)計(jì)出符合芯片測試需要的外圍環(huán)路濾波器。我們在ADIsimPLL軟件中進(jìn)行了如下仿真 配置。器件型號：ADF 4153，fPFD=25MHz(理想信號源)，INT=69，F(xiàn)RAC=101，MOD=125，VCO采用ZComm公司的V674ME34-LF， 在該配置下，預(yù)期輸出的RFOUT=1.7452GHz.

a)設(shè)定環(huán)路濾波器帶寬為20kHz，相位裕度50°，其相位噪聲的仿真情況如圖2所示。

圖2環(huán)路帶寬20kHz時(shí)的相位噪聲仿真圖

從圖2中可以得知，當(dāng)環(huán)路濾波帶寬為20kHz時(shí)，VCO所引起的相位噪聲占據(jù)了主導(dǎo)地位。芯片所引起的相位噪聲則被淹沒在總輸出噪聲之下。換 句話說，當(dāng)環(huán)路帶寬較窄(如20kH)的情況下，針對鎖相環(huán)輸出信號進(jìn)行相位噪聲測試，其結(jié)果并不能真正地反映芯片輸出的相位噪聲。

圖4環(huán)路濾波器及射頻電路設(shè)計(jì)