标题:
射频电子电路设计图集锦—电路图天天读（8）
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作者:
我是MT
时间:
2015-5-20 18:18
标题:
射频电子电路设计图集锦—电路图天天读（8）
TOP8 测试环路滤波器及射频电路
本文以ADF 4153型小数分频频率合成器为例，给出了容易实现的三阶环路滤波器的设计方法，能够满足芯片实际测试的需要。
外接环路滤波器的设计
环路滤波器是电荷泵锁相环电路的重要环节，它连接在电荷泵和压控振荡器之间。锁相环的基本频率特性是由环路滤波器决定的。实际上，正是由于环路滤波器的存在，锁相环才可以选择工作在任意的中心频率和带宽内。环路滤波器的类型多种多样，大致分为有源滤波器和无源滤波器两大类，无源滤波器与有源滤波器相比，其优点在于：结构简单、低噪声、高稳定度和易以实现。
最常见的无源滤波器是如图1所示的三阶滤波器。一般而言，环路滤波器的带宽应为PFD频率（通道间隔）的1/10.提高环路带宽会缩短锁定时间。但环路带宽过大会大幅度地增加不稳定性，从而导致锁相环无法锁定的状态。
图1三阶环路滤波器
环路滤波器设计参数的选择
为了研究环路滤波器对锁相环输出频率相位噪声的影响，设计出符合芯片测试需要的外围环路滤波器。我们在ADIsimPLL软件中进行了如下仿真配置。器件型号：ADF 4153，fPFD=25MHz（理想信号源），INT=69，FRAC=101，MOD=125，VCO采用ZComm公司的V674ME34-LF，在该配置下，预期输出的RFOUT=1.7452GHz.
a）设定环路滤波器带宽为20kHz，相位裕度50°，其相位噪声的仿真情况如图2所示。
图2环路带宽20kHz时的相位噪声仿真图
从图2中可以得知，当环路滤波带宽为20kHz时，VCO所引起的相位噪声占据了主导地位。芯片所引起的相位噪声则被淹没在总输出噪声之下。换句话说，当环路带宽较窄（如20kH）的情况下，针对锁相环输出信号进行相位噪声测试，其结果并不能真正地反映芯片输出的相位噪声。
设定环路滤波器带宽为100kHz，相位裕度50°，其相位噪声的仿真情况如图3所示。
图3环路带宽为100kHz时的相位噪声仿真图
从图3中可以得知，当环路滤波带宽为100kHz时，VCO对于总相位噪声的贡献显著地降低，芯片所引起的相位噪声占据了主导地位，在10kHz以内，总相位噪声输出的曲线基本与芯片所引起的相位噪声重合。由此可以得知，当环路带宽较宽（如 100kHz）的情况下，针对锁相环输出信号进行相位噪声测试，其结果基本能真正反映芯片输出的相位噪声。
本文研究的ADF 4154的主要测试频点为1.7452GHz（fPFD=25MHz，RSET=5.1k），根据测试要求进行综合的考虑，设定了环路带宽75kHz，相位裕度50°的约束条件。在进行ADF 4153的外围电路设计时，首先需要确认所使用的VCO型号及其标称性能。然后再根据ADI公司提供的ADIsim-PLL软件进行三阶环路滤波器的设计。从软件得出C1~C3、R2、R3的具体取值，再根据现有的标称电容电阻值进行调整，反算出实际设计的环路带宽及相位裕度。
由此，我们确定了环路滤波器中各个电容、电阻的取值，并设计了可用于ADF 4153芯片测试的电路原理图，如图4所示。VCO的输出不仅需要连接外部频谱仪进行测试，还需要通过电容反馈到ADF 4153的REFINA端，同时REFINA端还需要预留SMA头用于射频输入频率范围及灵敏度测试。一个简单的电阻网络用于完成VCO输出信号功率的再分配。
图4环路滤波器及射频电路设计
本文主要基于芯片测试目的，针对外围电路中的环路滤波器设计来进行讨论，文中给出了一种简单、易行的工程化计算方法和流程，并对其进行了验证测试，测试结果满足芯片测试的需要。这种方法已经应用于多款小数分频频率合成器的测试电路的设计中。
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