采用100MHZ恒溫晶振設(shè)計微波鎖相頻率源

李國強

摘要：此次研究重點分析微波頻率源的相關(guān)設(shè)計，結(jié)合目前100MHZ恒溫晶振作為重要的參考源，明確鎖相環(huán)路的構(gòu)成，在高達2GHZ的頻點上，更好的發(fā)揮出應(yīng)有的相噪性能，保證體現(xiàn)出極高的頻率穩(wěn)定度及良好的溫度穩(wěn)定性，在更大的范圍內(nèi)使用微波信號源。

關(guān)鍵詞：100MHZ；恒溫晶振設(shè)計；鎖相環(huán)；頻率源

微波信號源本身就屬于微波系統(tǒng)的重要組成部分，因此可以在一定程度上決定并且對系統(tǒng)的相關(guān)性能起到制約作用。信號源的質(zhì)量經(jīng)過適當(dāng)?shù)母纳?，可以有效的提升整體系統(tǒng)的噪聲性能，這樣便能發(fā)揮出良好的使用價值。鎖相環(huán)頻率也是微波固態(tài)源的重要形式，體現(xiàn)出較高的頻率穩(wěn)定度，較低的相位噪聲等特點，因此在雷達、通信及遙控遙測等多個方面得以廣泛應(yīng)用。

一、100MHZ恒溫晶振設(shè)計微波鎖相頻率源的概述

（一）Q3236

在實際設(shè)計的過程中，選用了Qualcomm公司的高性能鎖相環(huán)頻率合成器芯片Q3236為鑒相器及反饋回路上的N分頻器，由此可以完成對參考頻率的分頻。這種Q3236的相噪較低，鑒相頻率達到了1MHZ的時候，相位噪聲抵達154dBc/Hz@100HZ的時候，鑒相的輸入頻率也高達2GHz，體現(xiàn)出低功耗的特點，擁有著較高的鑒相靈敏度，內(nèi)置可編程分頻器發(fā)揮出應(yīng)有的實效。經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆治鰞?nèi)部分頻器編程，可以更快的實現(xiàn)輸出頻率步進。Q3236擁有著失鎖指示，主要是通過單一的+5V完成供電，其擁有的寬輸入信號強度范圍：10dBm至+35dBm。其中也涵蓋了鎖相環(huán)頻率源實際需要的除VCO和LPF之外的其他的基本單元。應(yīng)用的頻段主要是從UHF到達至L波段。

（二）鑒相頻率的選擇

利用Q3236設(shè)計鎖相頻率源的時候，一般是更加關(guān)注鑒相頻率的選取過程，由于鑒相頻率本身呈現(xiàn)出不同，加之Q3236貢獻的噪聲水平也有所差別，使得Q3236的鑒相頻率逐漸的從0.25MHZ升到了100MHZ的范圍，相位噪聲基底也開始由原先的154dBc/HZ降至122dBc/HZ。由此可以看出，為了更好的在輸出端及時的獲取到更優(yōu)良的相噪性能，需要將鑒相頻率的取值控制在較低的水平。一般來說，鑒相頻率并不是越低越好，更重要的是結(jié)合整體分析，Q3236已經(jīng)實現(xiàn)了從FPD到FVCO的N倍頻，在倍頻信號相噪性能逐步惡化的過程中，鑒相的頻率越低的時候，N就呈現(xiàn)出變大的趨勢，相應(yīng)的惡化程度就越大。鑒相頻率的選擇還是應(yīng)該綜合分析相關(guān)因素。輸出的頻率已知是2000MHZ的時候，通過結(jié)合著計算的結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)鑒相頻率是20MHZ的時候，輸出的信號理論相噪值發(fā)生了變化，輸出的信號達到相噪最佳性能的時候，實際的設(shè)計的過程中還是應(yīng)該留出一定的裕量，否則將難以達到最佳的理論值。

（三）環(huán)路濾波器的選擇

PLL頻率源的設(shè)計中最為關(guān)鍵的工作就是合理的選擇并設(shè)計環(huán)路的濾波器，這樣就可以保證頻率合成器指標(biāo)始終兼顧著相位噪聲、雜散抑制、跳頻速度等多個方面，保證更好的達到最佳的綜合性能。在具體設(shè)計的過程中，鎖相環(huán)一般選用了二階環(huán)，環(huán)路濾波器都是選用了有源比例積分濾波器，由此才可以構(gòu)成二階二型環(huán)。

二、鎖相頻率源設(shè)計的擴展、改善探討

（1）功能的擴展。

依照反饋回路上固定分頻的外置予分頻器，能夠及時的將輸出的頻率最大值更好的在2GHZ提升到15GHZ之上。

（2）電磁兼容性。

擁有著極好的電磁兼容EMC設(shè)計，可以更好的提升整個系統(tǒng)的性能，通過適當(dāng)?shù)母纳葡到y(tǒng)穩(wěn)定性、相噪性能、雜散抑制等指標(biāo)，可以明確在元件選擇及電路設(shè)計的時候最需要注意的問題。

a.電阻。

存有引腳的電阻，還是應(yīng)該及時的選擇碳膜電阻，另外再考慮金屬膜電阻，最后便是線繞電阻。線繞電阻本身擁有著良好的電感特性，所以對頻率相對敏感的應(yīng)用過程中還是不可選取，更適合應(yīng)用在大功率處理電路中。在放大器設(shè)計的時候，電阻的選擇很關(guān)鍵。受到高頻環(huán)境的影響，電阻阻抗還是會因為電感效應(yīng)呈現(xiàn)出增加的趨勢，增益控制電阻位置還是需要盡可能的靠近到放大器電路中，由此減少電路板的電感。在上下拉的電阻電路中，晶體管或者是集成電路的快速切換往往能夠有效的提升上升的時間，為了更好的減小這類影響，需要及時將偏置電阻適當(dāng)?shù)目拷嬖谥性雌骷碗娫春偷?，由此減少PCB連線的電感問題。重視穩(wěn)壓和參考電路的相關(guān)問題，明確直流偏置電阻實際需要靠近有源器件的過程，這樣便能對瞬態(tài)響應(yīng)時間做到更加細致的規(guī)劃。

b.電容。

電容種類繁多，一般最為常見的就是鋁質(zhì)電解電容、陶質(zhì)電容及云母電容等等。絕緣材料的差異會使得頻響特性有所不同，這樣便會使得一種類型的電容適用于特定的場合。電容除了必備的電容值之外，還是擁有一個固定的參數(shù)，電容在低于諧振頻率的時候，一般會呈現(xiàn)出容性，在高于諧振頻率的時候，呈現(xiàn)出一定的感性。為了保證電容呈現(xiàn)出去耦效果，可以將多個去耦電容并聯(lián)，從而可以提供更寬的頻譜范圍，提供更寬的布線，由此減小布線自感，起到良好的去耦效果。

c.電感。

電感存有開環(huán)電感及閉環(huán)電感兩種形式，開環(huán)電感相應(yīng)的磁場往往需要根據(jù)空氣的閉合情況作出判斷，閉環(huán)電感的磁場一般則是通過磁芯的閉合過程體現(xiàn)出相應(yīng)的效果。電感一般不會有寄生感抗，所以不管是表貼型還是引線型都不會存有太大的差異。電感的磁芯材料通常來說包含著兩種，主要是鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感通常被用于低頻場合中，鐵氧體磁芯電感則主要是運用至高頻場合中。

三、結(jié)語

運用100MHZ恒溫晶振設(shè)計微波鎖相頻率源可以更好的發(fā)揮出實際的作用，通過明確鎖相的意義，可以發(fā)現(xiàn)其就是相位同步的自動控制，完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)，呈現(xiàn)出這個鎖相環(huán)路相位負反饋控制系統(tǒng)，發(fā)揮出跟蹤輸入信號的重要作用。

參考文獻：

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