13.5GHz分频器上市后,设计者可使用低成本的标准元件来构建PLL,从而提供VSAT和其它RF器件所需的高频率。
图4说明了如何使用PLL电路来创建VSAT上行链路本地振荡器。该设计需要一个噪音性能较好的单芯片频率合成器,如SP5769。这种芯片的最大工作频率为3GHz,但通过ZL40813 13.5GHz器件将VCO的输出除以8后(为1.6GHz),可将频率扩展到13.5GHz。1.6GHz输入在SP5769中被进一步分频,然后与晶振参考频率相比较。SP5769的输出通过一个充电泵,控制VCO的输入,构成一个闭合回路。
基于低噪音单芯片高频分频器的PLL设计
该电路也可以使用其它单芯片频率合成器,不过应注意选择那些能与高频预分频器接口的合成器。
在基于BiCMOS技术的合成器中,有些电路的工作速度可能相对较低,因此不能很好地配合高频分频器。
诚然,低相位噪音对VSAT和其它RF器件都十分重要。本例电路中的13.5GHz分频器是采用互补硅双极技术构建的,Ft为28GHz。这样在回路带宽中产生的噪音与载波的噪音十分接近,不会被PLL消除。
噪音级数与材料的物理特性有关,如GaAs等其它技术本身的噪音级数就比载波噪音要高。图5列举了其它13.5GHz分频器的相位噪音级数。
基于低噪音单芯片高频分频器的PLL设计
φn=20log10n
在合成过程中增加的相位噪音可通过如下公式计算:
φn=20log10n
其中,φn是超过相位比较器噪音基底(noise floor)的相位噪音增量,单位为dB;n是合成器的输出频率与相位检测器比较频率之比。
SP5769中的相位比较器噪音基底为-148dBc/Hz。如果比较频率为4MHz,而输出频率为13GHz,则n为3,250。因此,在回路带宽中的噪音比相位噪音基底高70dB。假设没有其它明显的噪音源,那么13GHz的输出信号的相位噪音为-78dBc/Hz。
通过类似的方法将频率从1.6GHz频分成4MHz,也可以降低分频器产生的相位噪音,将其产生的噪音降低了52dB,从-140dBc/Hz到-192dBc/Hz。这一数值与比较器的噪音基底相比可忽略不计。采用同样的办法将晶振噪音在内部分频,也可将其忽略不计。
小结
本文描述了如何用新一代的13.5GHz分频器来扩展低成本商用频率合成器的频率范围,从而降低VSAT等新型高频应用的成本并推广其应用。