便攜式場強測試儀參考環的低噪聲設計

0 引 言
便攜式場強測試儀對第一本振相位噪聲要求較高，其參考頻率由參考環提供，因此對參考環的相位噪聲要求也很高。參考環采用∑－△調制技術降低相位噪聲，具體原理見參考文獻。

1 設計方案
便攜式場強儀第一本振的主要性能指標：
頻率范圍：4031．25～7031．25MHz；單邊帶相噪：≤－100dBc／Hz@10kHz
由此計算出參考頻率的指標：
頻率范圍：31．25～62．5MHz；單邊帶相噪：≤－118dBc／Hz@10kHz
第一本振方案框圖如圖1所示。
圖1中，左框內為本振環；右框內為參考環；其余部分為步進環。

2 參考環環路濾波器帶寬設計
鎖相環環路帶寬內的相位噪聲主要是由分頻器、鑒相器以及參考信號的噪聲決定的，而在環路帶外的相位噪聲則是由VCO的相位噪聲來決定的。因此選擇帶寬時要綜合考慮帶寬內的相位噪聲和VCO的相位噪聲，以求達到最佳的噪聲效果。
下面計算參考環的環路濾波器帶寬：
參考環的環路濾波器采用有源二階積分濾波器。壓控振蕩器歸一化相位噪聲功率譜密度：

式中：f0為壓控振蕩器的中心頻率；F為頻偏；Q為回路品質因數。
晶振的歸一化相位噪聲功率譜密度：

式中：fr為晶體振蕩器的諧振頻率；F為頻偏。
在忽略鑒相器本身噪聲的條件下，環路輸出的歸一化總相位噪聲功率頻譜密度為：

二階鎖相環路系統通常設計在欠阻尼狀態使用，即0ξ1。現取阻尼系數ξ=0．5，fr=10MHz，f0=500MHz，Q=500，則：

由此算出環路閉環頻率響應的伯德圖如圖2所示。
將一起畫到圖2(a)中，可見兩噪聲譜交于F=104Hz附近。綜合考慮，選擇在兩譜線相交頻率處顯然是最有利的，即fn=104Hz。分別過濾后相位噪聲如圖2(a)虛線所示。由圖可見，晶振噪聲經過低通過濾以后，在F>fn的高頻段內噪聲譜已低于晶振的噪聲。圖2(a)是歸一化的輸出相位噪聲，實際輸出的相位噪聲應乘以fo2，如圖2(b)所示。