基于V600ME14-LF的鎖相環(huán)設(shè)計(jì)
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鎖相環(huán)路是一個(gè)能夠跟蹤輸入信號(hào)相位的閉環(huán)控制系統(tǒng), 它在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用; 比如調(diào)制解調(diào)、頻率合成、精密儀器測(cè)量、FM立體聲解碼等。鎖相環(huán)的應(yīng)用如此廣泛是由其獨(dú)特的優(yōu)良特性決定的。它具有載波跟蹤特性, 作為一個(gè)窄帶濾波器, 它可提取淹沒在噪聲中的信號(hào), 并用高穩(wěn)定的參考振蕩器鎖定, 也可提供一系列高穩(wěn)定的頻率源, 以進(jìn)行高精度的頻率和相位測(cè)量等; 本設(shè)計(jì)正是給出了鎖相環(huán)在頻率源中的應(yīng)用和設(shè)計(jì)方法。
1 鎖相環(huán)路設(shè)計(jì)方案
圖1所示是根據(jù)鎖相環(huán)的基本原理以及具體需要設(shè)計(jì)的方案框圖, 其中, 參考頻率REF由10MHz晶振產(chǎn)生, 考慮到VCO的頻率輸出在2~3GHz, 而鑒相器的輸入頻率范圍有限, 所以采用先分頻的方式通過分頻器分頻, 之后再送給DDS, 最后再經(jīng)過DDS分頻, 從而滿足鑒相器輸入頻率范圍的要求。VCO芯片V600ME14-LF的電壓調(diào)諧范圍為0~24V, 所以, 本方案中的環(huán)路濾波器采用有源濾波器, 并將鑒相器的輸出經(jīng)過放大后送到VCO, 從而使電壓的調(diào)諧范圍可以滿足輸出頻率的要求。
圖1 鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方案框圖
本設(shè)計(jì)方案將DDS作為可編程的分頻器, 其分頻系數(shù)可在1/2~1/2n之間變化, 從而實(shí)現(xiàn)頻率很高的小數(shù)分頻。DDS作為分頻器, 其頻率不能太高, 所以, 在其前面應(yīng)加入分頻器, 分頻器可設(shè)置為4、8、16、32分頻, 該分頻器采用32分頻, 并通過控制DDS分頻系數(shù)來使VCO的變化范圍達(dá)到要求的2~3GHz。
環(huán)路濾波采用有源濾波器的設(shè)計(jì)方式, 有源濾波器不僅可濾除干擾信號(hào),同時(shí)也有放大的作用, 可以彌補(bǔ)鑒相器輸出信號(hào)較小的缺點(diǎn),從而達(dá)到VCO輸入電壓的要求。
2 V600ME14-LF介紹
2.1 特性說明
V600ME14-LF是Z-COMM公司推出的一款S波段且符合RoHS的VCO, 該芯片的工作頻率范圍是2000MHz ~4000MHz, 調(diào)諧電壓范圍為0 ~24V, 同時(shí), 該VCO具有以下特征:
◇ 10kHz時(shí)的相位噪聲為-89dbc/hz;
◇ 諧波抑制(2nd): 典型值為-15dbc, 最大值為-10dbc;
◇ 輸出功率典型值為: 2~11dbm;
◇ 驅(qū)動(dòng)能力: 10MHz/V;
◇ 調(diào)諧靈敏度(avg.): 110MHz/V;
◇ 工作溫度范圍: -40-85℃;
◇ 電源電壓: 5V;
◇ 電源電流(Icc): 典型值為44mA。
圖2所示是相位噪聲和頻偏的關(guān)系的示意圖,圖中的單位分別是dbc/Hz和Hz。
圖2 相位噪聲與頻偏的關(guān)系曲線圖
2.2 引腳介紹
V600ME14-LF芯片采用的是MINI-16-LOW封裝, 圖3所示是其引腳示意圖, 各引腳的功能如下:
圖3 V600ME14-LF的引腳示意圖
P1: 調(diào)諧電壓輸入端, 通過環(huán)路濾波之后,可將調(diào)諧電壓輸入到諧振回路, 從而提供可調(diào)節(jié)的電壓;P2: 射頻輸出端;P3: 電源電壓輸入端, 用于輸入VCO所需要的電源電壓;REST: 接地端, 除了以上三個(gè)在圖中標(biāo)明的引腳外, 剩余的引腳都是地端。
2.3 外圍電路
V600ME14-LF芯片的輸出駐波比小于1.67:1(RL=12.0db)。為了防止由于負(fù)載芯片(比如混頻器等) 而引起阻抗不匹配, 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在P2端添加某種形式的隔離, 圖4所示的電路中使用了一個(gè)10db的PAD和一個(gè)緩沖放大器來滿足上面的要求。而如果隔離不滿足要求, 則會(huì)帶來三個(gè)方面的問題:
圖4 外部電路連接圖
其一是功率輸出的波動(dòng); 二是會(huì)降低相位噪聲性能; 三是負(fù)載會(huì)依賴頻率而變化。
圖4電路中的旁路電容和耦合電容是和頻率相關(guān)聯(lián)的, 圖中的10db的PAD和射頻輸出端的距離要盡量的近, 布局布線也必須嚴(yán)格的符合射頻設(shè)計(jì)的規(guī)范要求。比如50Ω的微帶線是必須要有的, 細(xì)心的選擇元器件也是必不可少的。
3 應(yīng)用注意事項(xiàng)
該VCO是貼片封裝, VCO的地必須直接連接到PCB板上所覆銅的地層,所覆的銅必須覆蓋整個(gè)VCO的下面。
使用時(shí)位于板子周長(zhǎng)上的16個(gè)半洞的內(nèi)徑主要用來為VCO和母版提供一個(gè)連接的表面, 器件外圍的屏蔽罩是鍍錫的CRS或者合金, 在電源輸入端加入旁路電容或者一個(gè)射集跟隨器可抑制電源噪聲, 而在器件下面放置一些過孔可減小不想要的地面電抗, 事實(shí)上, 根據(jù)輸出頻率的不同在設(shè)計(jì)時(shí)增加一些額外的過孔是很有必要的。
4 結(jié)束語
V600ME14-LF是一款性能不錯(cuò)的VCO, 可廣泛應(yīng)用在測(cè)試儀器設(shè)備、CATV前端設(shè)備、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。但在應(yīng)用的過程中, 需要按照器件相關(guān)資料上的要求來布局布線, 這樣可以達(dá)到比較好的效果。