寬帶低相噪高分辨率頻率合成器設計

摘要 利用鎖相環(PLL)和YTO相結合，設計出一種頻率合成器。實現了3～7 GHz的頻率覆蓋和低于0．2 Hz的頻率分辨率。全頻段相噪均在-108 dRc／Hz@10 kHz以下，具有較高的實用價值。
關鍵詞 頻率合成器；鎖相環；DDS；YTO

在微波領域，頻率合成器是構成測量儀器的核心器件。高性能的測量儀器需要具備大帶寬、高分辨率和低相位噪聲。而傳統的壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)是窄帶器件，不能滿足寬頻段、低相噪的要求。由于YIG調諧振蕩器(TIG Tuned Oscillators，YTO)具有寬頻率范圍、良好的低相位噪聲和線性調諧等方面的優勢而成為頻率合成器的首選器件。

1 方案設計
設計選用中國電子科技集團第41研究所研制的YIG調諧振蕩器(YTO)產生3～7 GHz的輸出頻率。利用美國Analog Devices公司生產的高速直接頻率合成器的DDS芯片AD9858實現小數分頻，產生頻率的微步進。原理框圖如圖1所示。

YTO振蕩器輸出3～7 GHz的頻率經8分頻后作為AD9858的參考時鐘。經分頻、濾波后與100 MHz參考頻率fr進行鑒相，這里鑒相器用的是AD9858內部集成的鑒相器，鑒相器輸出的是電流信息，它由內部集成的可編程快鎖充電泵(CP)提供，這個電流不能直接驅動YTO，所以經過二階的無源環路濾波器轉換成誤差電壓，經YTO驅動電路后控制YTO調頻線圈，來鎖定YTO的頻率。

2 關鍵電路設計
2．1 YTO驅動電路設計
YTO內部的調諧磁場由主線圈和副線圈兩部分組成，前者感抗大、調諧慢，但調諧靈敏度高、調諧范圍寬、高頻干擾抑制好；后者感抗小從而調諧范圍窄，但調諧速度快，并因為調諧靈敏度低而具有良好的干擾抑制特性。二者結合使用既可以實現大范圍的調諧，又可以獲得較快的頻率跟蹤性能。