CN219960549U - 一种基于adf4368的超低相噪频率源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于ADF4368的超低相噪频率源，包括：晶振电路，用于产生时钟信号；无源二倍频器，用于对晶振电路产生的时钟信号进行二倍频处理；带通滤波器，连接所述无源二倍频器的输出端，用于滤除二倍频处理产生的谐波；低通滤波器，连接所述带通滤波器的输出端，输出参考信号；ADF4368芯片，用于接收参考信号，经芯片内部的锁相环路产生具有位于预设频率范围内且具有预设步进的频率源输出信号；所述ADF4368芯片的CP引脚设有二阶环路滤波器。本实用新型基于ADF4368芯片进行设计，能够获得6～12GHz频率范围、1kHz小步进的超低相位噪声的频率源，适用于前级扫频本振场景。
Description
技术领域
本实用新型涉及频率源技术领域，具体涉及一种基于ADF4368的超低相噪频率源，适用于前级扫频本振等小步进场景。
背景技术
目前在微波通信频率合成技术领域，小步进频率源为了达到超低相噪的指标，通常采用的实现方式是直接合成(混频)方案、直接数字合成方案和锁相方案结合的方式，通过将锁相环内的VCO频率进行下变频来降低环路内的N值来改善相噪，然后使用内插或者参考使用DDS的方式实现小步进，这种方案电路规模大、成本高、设计难度比较大。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于ADF4368的超低相噪频率源，其通过直接合成与锁相频率合成组合的方式，实现了超低相噪、小步进、小型化的频率源设计。
为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种基于ADF4368的超低相噪频率源，其特征在于，包括：
晶振电路，用于产生时钟信号；
无源二倍频器，用于对晶振电路产生的时钟信号进行二倍频处理；
带通滤波器，连接所述无源二倍频器的输出端，用于滤除二倍频处理产生的谐波；
低通滤波器，连接所述带通滤波器的输出端，输出参考信号；
ADF4368芯片，用于接收参考信号，经芯片内部的锁相环路产生具有位于预设频率范围内且具有预设步进的频率源输出信号；
所述ADF4368芯片的CP引脚设有二阶环路滤波器。
优选地，所述晶振电路采用型号为FCOX7-236的晶振，无源二倍频器采用型号为AMK-2-13+的二倍频器，带通滤波器采用型号为TA2036A的带通滤波器，低通滤波器采用型号为LFCG-400+的低通滤波器，低通滤波器的输出端连接ADF4368芯片的REFP引脚，用于向ADF4368芯片传输所述参考信号，ADF4368芯片的CLK1P引脚用于输出具有位于预设频率范围内且具有预设步进的频率源输出信号。
优选地，所述带通滤波器设有两个接地端子，带通滤波器的输入端设有第一电感和第五电容C5，带通滤波器的输出端设有第六电容和第二电感；
所述第一电感的第一端连接无源二倍频器的输出端、第二端同时连接带通滤波器的输入端和第五电容的第一端，第五电容的第二端接地；
所述第二电感的第一端同时带通滤波器的输出端和第六电容的第一端，第六电容的第二端接地。
优选地，所述低通滤波器均设有两个接地端子，ADF4368芯片的REFP引脚和低通滤波器的输出端之间设有第十一电容、第四电阻、第五电阻和第七电阻；
所述第七电阻的第一端连接低通滤波器的输出端、第二端连接第十一电容的第二端，第十一电容的第一端连接ADF4368芯片的REFP引脚；
所述第十一电容的第二端同时连接第四电阻的第一端，第四电阻的第二端接地，第七电阻的第一端同时连接第五电阻的第一端，第五电阻的第二端接地。
优选地，所述二阶环路滤波器包括第八电容C8、第十电容C10和第六电阻R6，第十电容C10的第一端与第六电阻R6的第一端均连接至ADF4368芯片的CP引脚，第六电阻R6的第二端连接第八电容C8的第一端，第八电容C8和第十电容C10的第二端分别接地。
优选地，所述晶振模块产生100MHz的时钟信号，ADF4868芯片输出的频率源信号的频率，以如下公式调节：
其中，RF_out t为输出频率，N为环路内分频值，Nfra为小数分频值，Ndiv为环路外分频值，249为小数分频最大分母值，200MHz为鉴相频率。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提供的频率源，基于ADF4368芯片进行设计，实现了6～12GHz频率范围、1kHz小步进的超低相位噪声的频率源，适用于前级扫频本振场景。
附图说明
图1为本实用新型提供的超低相噪频率源的功能框图；
图2为图1中无源二倍频器至滤波器段的电子线路图；
图3为ADF4368芯片及外围电路图；
图4为二阶环路滤波器的线路图；
图5为相位噪声曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。
本实用新型提出了一种基于ADF4368的超低相噪频率源，基于ADF4368芯片进行设计，能够获得6～12GHz频率范围、1kHz步进的超低相位噪声的频率源。ADF4368锁相环芯片集成了鉴相器、小数N分频器、电荷泵和VCO几部分功能电路，其数字噪声相较于前期版本有了极大改善，同时其内部依靠多段VCO完成覆盖6.4～12.8GHz的倍频程。
如图1所示的频率源，采用超低相噪的100MHz晶振作为时钟信号，该输出信号经过无源二倍频器和带通滤波器得到200MHz的参考信号，参考信号进入ADF4368芯片进行锁相频率合成，可直接输出12.8GHz以下任意1kHz步进的频点。晶振输出的高功率时钟信号推动二倍频器，产生的200MHz参考信号相噪按照理论恶化20lg2，无损失进入下一级电路；因倍频产生100MHz的各次谐波，需要使用窄带中心频率为200MHz的带通滤波器滤波，该过程同样无相位噪声损失，后直接进入锁相环路产生6～12GHz，步进1kHz的频率源输出信号。
如图2至图4所示具体电路的设计，晶振电路采用型号为FCOX7-236的晶振U1，无源二倍频器采用型号为AMK-2-13+的二倍频器U2，带通滤波器采用型号为TA2036A的带通滤波器U3，低通滤波器采用型号为LFCG-400+的低通滤波器U4，低通滤波器U4的输出端连接ADF4368芯片的REFP引脚，用于向ADF4368芯片传输所述参考信号，ADF4368芯片的CLK1P引脚用于输出具有位于预设频率范围内且具有预设步进的频率源输出信号。带通滤波器U3设有两个接地端子，带通滤波器U3的输入端设有第一电感L1和第五电容C5，带通滤波器U3的输出端设有第六电容C6和第二电感L2。第一电感L1的第一端连接无源二倍频器的输出端、第二端同时连接带通滤波器U3的输入端和第五电容C5的第一端，第五电容C5的第二端接地。第二电感L2的第一端同时带通滤波器U3的输出端和第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端接地。第二电感L2的第二端连接低通滤波器U4的输入端，加入LFCG-400+低通滤波器U4，是为了防止高次谐波进入鉴相器参与鉴相。低通滤波器U4均设有两个接地端子，ADF4368芯片的REFP引脚和低通滤波器U4的输出端之间设有第十一电容C11、第四电阻R4、第五电阻R5和第七电阻R7。第七电阻R7的第一端连接低通滤波器U4的输出端、第二端连接第十一电容C11的第二端，第十一电容C11的第一端连接ADF4368芯片的REFP引脚。第十一电容C11的第二端同时连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端接地，第七电阻R7的第一端同时连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端接地。
本实用新型设计的另一个关键点是环路滤波器的设计，其中环路带宽的选取相较普通锁相环有些差异。二阶环路滤波器包括第八电容C8、第十电容C10和第六电阻R6，第十电容C10的第一端与第六电阻R6的第一端均连接至ADF4368芯片的CP引脚，第六电阻R6的第二端连接第八电容C8的第一端，第八电容C8和第十电容C10的第二端分别接地。
环路带宽选取的最优位置在锁相环理论相位噪声与VCO相位噪声的交叉点附近，对于本实用新型的锁相环，环带内相位噪声水平约在-120dBc/Hz附近，其对应VCO在10.1GHz频偏1MHz左右，因此环路带宽选择1MHz；鉴于大环路带宽条件下高阶环路滤波器的极点电容会非常小导致取值困难，本实用新型采用二阶环路滤波器实现，如图5所示。采用ADIsimPLL软件进行环路滤波器计算可以得到，仿真得到第十电容C10为100pF、第八电容C8为1.8nF、第六电阻R6为300Ω。
以输出10.1GHz为例，相位噪声曲线如图5所示。
各级相位噪声及与直接合成理论值对比如下：
表1超低相噪频率源相噪传递及对比表
由表1的结果可以看出，本实用新型在10.1GHz处的相位噪声水平与直接合成方案的相噪相差8dB左右，主要原因是芯片内部使用了小数分频模式引入了SDM噪声，不过该相噪水平仍然与当前高端环内下混频方案指标相当，优势在于可以实现小型化和低成本，除此之外本实用新型较以上两种方案有更强的灵活性。同时作为本实用新型的扩展，通过改变参考信号频率可以完成更小步进的频率输出。
下面为本实用新型输出频率的调节方法：
其中，RF_out t为输出频率，N为环路内分频值，Nfra为小数分频值，Ndiv为环路外分频值，249为小数分频最大分母值，200MHz为本实用新型中锁相环使用的鉴相频率。当所需输出频率值在6.4～12.8GHz范围内时，Ndiv取值为1，当输出频率低于6.4GHz时，根据需要取正整数的Ndiv。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于ADF4368的超低相噪频率源，其特征在于，包括：
晶振电路，用于产生时钟信号；
无源二倍频器，用于对晶振电路产生的时钟信号进行二倍频处理；
带通滤波器，连接所述无源二倍频器的输出端，用于滤除二倍频处理产生的谐波；
低通滤波器，连接所述带通滤波器的输出端，输出参考信号；
ADF4368芯片，用于接收参考信号，经芯片内部的锁相环路产生具有位于预设频率范围内且具有预设步进的频率源输出信号；
所述ADF4368芯片的CP引脚设有二阶环路滤波器。
2.根据权利要求1所述的一种基于ADF4368的超低相噪频率源，其特征在于：所述晶振电路采用型号为FCOX7-236的晶振(U1)，无源二倍频器采用型号为AMK-2-13+的二倍频器(U2)，带通滤波器采用型号为TA2036A的带通滤波器(U3)，低通滤波器采用型号为LFCG-400+的低通滤波器(U4)，低通滤波器(U4)的输出端连接ADF4368芯片的REFP引脚，用于向ADF4368芯片传输所述参考信号，ADF4368芯片的CLK1P引脚用于输出具有位于预设频率范围内且具有预设步进的频率源输出信号。
3.根据权利要求2所述的一种基于ADF4368的超低相噪频率源，其特征在于：所述带通滤波器(U3)设有两个接地端子，带通滤波器(U3)的输入端设有第一电感(L1)和第五电容(C5)，带通滤波器(U3)的输出端设有第六电容(C6)和第二电感(L2)；
所述第一电感(L1)的第一端连接无源二倍频器的输出端、第二端同时连接带通滤波器(U3)的输入端和第五电容(C5)的第一端，第五电容(C5)的第二端接地；
所述第二电感(L2)的第一端同时带通滤波器(U3)的输出端和第六电容(C6)的第一端，第六电容(C6)的第二端接地。
4.根据权利要求3所述的一种基于ADF4368的超低相噪频率源，其特征在于：所述低通滤波器(U4)均设有两个接地端子，ADF4368芯片的REFP引脚和低通滤波器(U4)的输出端之间设有第十一电容(C11)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第七电阻(R7)；
所述第七电阻(R7)的第一端连接低通滤波器(U4)的输出端、第二端连接第十一电容(C11)的第二端，第十一电容(C11)的第一端连接ADF4368芯片的REFP引脚；
所述第十一电容(C11)的第二端同时连接第四电阻(R4)的第一端，第四电阻(R4)的第二端接地，第七电阻(R7)的第一端同时连接第五电阻(R5)的第一端，第五电阻(R5)的第二端接地。
5.根据权利要求1所述的一种基于ADF4368的超低相噪频率源，其特征在于：所述二阶环路滤波器包括第八电容(C8)、第十电容(C10)和第六电阻(R6)，第十电容(C10)的第一端与第六电阻(R6)的第一端均连接至ADF4368芯片的CP引脚，第六电阻(R6)的第二端连接第八电容(C8)的第一端，第八电容(C8)和第十电容(C10)的第二端分别接地。
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