用于高頻接收器和發射器的鎖相環-第三部分

　　在使用雙模預分頻器時，必須考慮N的最低值和最高值。這里，我們真正想要的是可以按離散整數步長更改N的范圍。 考慮表達式N = A + BP。 為確保N有連續的整數間距，A必須在0至(P – 1)之間。 這樣，每當B遞增時，就有充足的分辨率來填充BP 和(B + 1)P之間的所有整數值。就如我們針對雙模預分頻器提到的那樣，B必須大于或等于A，雙模預分頻器才能正常工作。 基于此，我們可以說，若要按離散整數步長遞增，最小分頻比為：

　　NMIN = (Bmin × P) + Amin

　　NMIN = (Bmin × P) + Amin

　　= ((P – 1) × P) + 0

　　= ((P – 1) × P) + 0

　　= P2 – P

　　= P2 – P

　　N 的最高值來自

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　本例中，Amax 和Bmax 僅僅取決于A和B計數器的大小。

　　接下來，我們將給出一個采用ADF4111的例子。

　　我們假設，通過編程將預分頻器的分頻比設為32/33。

　　A計數器： 6位意味著，A可能為26 – 1 = 63

　　B計數器： 13位意味著，B可能為213 – 1 = 8191

　　NMIN = P2 – P = 992

　　NMIN = P2 – P = 992

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　NMAX = (Bmax × P) + Amax

　　= (8191 × 32) + 63

　　= 262175

　　ADF4110系列

　　前面幾節討論的構建模塊在來自ADI公司的新型整數N頻率合成器系列中均有使用。 ADF4110系列頻率合成器由單個器件構成，ADF4210系列由雙通道版本構成。 ADF4110的框圖如下所示。 其中含有上面描述的參考計數器、雙模預分頻器、N計數器和PFD模塊。

　　小數N頻率合成器s*

　　許多新興無線通信系統都要求本振(LO)具有更快的切換能力和更低相位噪聲。 整數N頻率合成器要求參考頻率等于通道間距。 該值可能非常低，意味著高N。該高N會產生相應較高的相位噪聲。 低參考頻率會限制PLL鎖定時間。 小數N合成是在PLL中同時實現低相位噪聲和快速鎖定時間的一種方式。

　　這種技術最初出現在20世紀70年代初。 早期工作主要由惠普公司和Racal公司完成。 該技術最初稱為“digiphase”，但后來被廣泛稱為小數N。

　　在標準頻率合成器中，只能用一個整數除以RF信號。 這就需要使用一個相對較低的參考頻率(取決于系統通道間距)，并在反饋中導致高N值。 這兩個事實都對系統建立時間和系統相位噪聲有著重要影響。 低參考頻率意味著較長的建立時間，高N值意味著較大的相位噪聲。

　　圖7. ADF4110系列的框圖。

　　*筆者借此機會向麥格勞-希爾公司(The McGraw-Hill Companies)表示謝意，感謝其許可使用本節第4條參考文獻中提到的版權材料。

　　如果反饋中可能出現除數為小數的情況，則可以使用較高的參考頻率，同時實現通道間距目標。 小數越小，則意味著相位噪聲越低。

　　事實上，通過交替除以兩個整數，可以實現在較長時間內用小數除(通過先后除以2和3可以除以2.5)。

　　那么，如何除以X或(X + 1)(假設小數在這兩個值之間)? 數值的小數部分可以按參考頻率速率累加。

　　圖8. 小數N頻率合成器。

　　然后，每當累加器溢出時，就可以用該信號來更改N分頻比。 在圖8中，這是通過移除饋入N計數器的一個脈沖來實現的。 實際上，每當累加器溢出時，結果會使分頻比加1。 另外，F寄存器中的數值越大，累加器溢出次數越多，以較大數值為除數的次數也就越多。 這正是電路的目的所在。 但會增加一些并發癥。 從N分頻電路饋入鑒相器的信號在實時表現上并不均勻。 相反，其調制速率取決于參考頻率和編程小數。 結果又調制鑒相器輸出，并進入VCO輸入端。 最后，在VCO輸出端會出現較多的雜散內容。 目前業界正在努力解決這些雜散問題。 一種方法是采用DAC，如圖8所示。

　　目前為止，單芯片小數N頻率合成器仍然未能達到預期，但最終可以實現的效益意味著，其發展正在快馬加鞭地進行。

　　VCO制造商小結

　　在過去5年中，隨著無線通信的爆炸式增長，對頻率合成器、VCO等產品的需求也出現了大幅增長。 有意思的是，到目前為止，為市場提供服務的制造商分為涇渭分明的兩個陣營。 以下列出了VCO領域的部分制造商。 列表并未窮盡所有制造商，只是讓讀者獲得對一些主要參與者的認識。

　　VCOs

　　VCO

　　Murata Murata提供3-V和5-V器件。 VCO主要是面向無線手機和基站的窄帶。 頻率取決于無線頻率標準。

　　Vari-L Vari-L服務的市場與Murata相同。 提供3-V和5-V器件。

　　Alps Alps為無線手機和基站制造VCO。

　　Mini-Circuits Mini-Circuits同時提供窄帶和寬帶VCO。

　　Z-Comm Z-Communications同時提供寬帶和窄帶VCO。 寬帶VCO一般有一個倍頻程調諧范圍(比如，1 GHz至2 GHz)，工作電壓最高為20 V，采用表貼式封裝。

　　Micronetics Micronetics同時提供窄帶和寬帶VCO。 其優勢更多地體現在寬帶產品領域，其調諧范圍可從一個倍頻程到1200 MHz。 超過這些輸出頻率時，范圍有所下降。

　　ADI頻率合成器系列

　　下表列出了ADF4xxx頻率合成器系列的未來成員， 其中包括單通道和雙通道器件，以及整數N和小數N器件。

　　致謝

　　ADF4xxx系列頻率合成器在愛爾蘭利默里克的ADI工廠中設計。 產品線團隊包括： Mike Tuthill、Leo McHugh、Bill Hunt、Mike Keaveney、Brendan Daly、Paul O’Brien、Paul Mallon、Ian Collins、Sinead O’Keefe、Liam McCann、Patrick Walsh、Cristoir O’Reilly、Paul Laven、Samuel Landete、Niall Kearney和Mike Curtin。 團隊希望借此機會向ADI公司英國肯特分公司的Jon Strange和Ashish Shah，以及ADI公司西北實驗室(美國俄勒岡州比佛頓)的Fred Weiss致以誠摯的謝意，感謝他們提出的寶貴意見。

　　參考文獻

　　1. Mini-Circuits Corporation, VCO Designer’s Handbook, 1996.

　　Mini-Circuits公司，VCO Designer’s Handbook(VCO設計師手冊)，1996年。

　　2. L.W. Couch, Digital and Analog Communications Systems, Macmillan Publishing Company, New York, 1990.

　　L.W. Couch，Digital and Analog Communications Systems(數字與模擬通信系統)，Macmillan Publishing Company，New York，1990年。

　　3. P. Vizmuller, RF Design Guide, Artech House, 1995.

　　P. Vizmuller，RF Design Guide(RF設計指南)，Artech House，1995年。

　　4. R.L. Best, Phase Locked Loops: Design, Simulation and Applications, 3rd Edition, McGraw-Hill, 1997.

　　R.L. Best，Phase Locked Loops: Design, Simulation and Applications(鎖相環：設計、仿真與應用)，第3版，McGraw-Hill，1997年。

　　Device

　　器件 Integer-N

　　整數N

　　Frequency Range

　　頻率范圍 Fractional-N

　　小數N

　　Frequency Range

　　頻率范圍 Single/Dual

　　單通道/雙通道 Pin Count

　　引腳數 Second Source

　　第二貨源

　　ADF4110

　　ADF4110 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 16

　　ADF4111

　　ADF4111 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4112

　　ADF4112 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4113

　　ADF4113 ≤3.8 GHz

　　≤3.8 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4116

　　ADF4116 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 16LMX2306

　　LMX2306

　　ADF4117

　　ADF4117 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 16LMX2316

　　LMX2316

　　ADF4118

　　ADF4118 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 16LMX2326

　　LMX2326

　　ADF4210

　　ADF4210 ≤510 MHz/≤1.2 GHz

　　≤510 MHz/≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4211

　　ADF4211 ≤510 MHz/≤2.0 GHz

　　≤510 MHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4212

　　ADF4212 ≤510 MHz/≤3.0 GHz

　　≤510 MHz/≤3.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4213

　　ADF4213 ≤1.0 GHz/≤2.5 GHz

　　≤1.0 GHz/≤2.5 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4216

　　ADF4216 ≤510 MHz/≤1.2 GHz

　　≤510 MHz/≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2332L

　　LMX2332L

　　ADF4217

　　ADF4217 ≤510 MHz/≤2.0 GHz

　　≤510 MHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2331L

　　LMX2331L

　　ADF4218

　　ADF4218 ≤510 MHz/≤2.5 GHz

　　≤510 MHz/≤2.5 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2330L

　　LMX2330L

　　ADF4206

　　ADF4206 ≤500 MHz/≤500 MHz

　　≤500 MHz/≤500 MHz Dual

　　雙通道 16LMX2337

　　LMX2337

　　ADF4207

　　ADF4207 ≤1.1 GHz/≤1.1 GHz

　　≤1.1 GHz/≤1.1 GHz Dual

　　雙通道 16LMX2335

　　LMX2335

　　ADF4208

　　ADF4208 ≤1.1 GHz/≤2.0 GHz

　　≤1.1 GHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20LMX2336

　　LMX2336

　　ADF4150

　　ADF4150 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 16

　　ADF4151

　　ADF4151 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4152

　　ADF4152 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 16

　　ADF4156

　　ADF4156 ≤550 MHz

　　≤550 MHz Single

　　單通道 20

　　ADF4157

　　ADF4157 ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Single

　　單通道 20

　　ADF4158

　　ADF4158 ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Single

　　單通道 20

　　ADF4250

　　ADF4250 ≤550 MHz

　　≤550 MHz ≤1.2 GHz

　　≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4251

　　ADF4251 ≤550 MHz

　　≤550 MHz ≤2.0 GHz

　　≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4252

　　ADF4252 ≤1.0 GHz

　　≤1.0 GHz ≤3.0 GHz

　　≤3.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4256

　　ADF4256 ≤550 MHz/≤1.2 GHz

　　≤550 MHz/≤1.2 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4257

　　ADF4257 ≤550 MHz/≤2.0 GHz

　　≤550 MHz/≤2.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　ADF4258

　　ADF4258 ≤1.0 GHz/≤3.0 GHz

　　≤1.0 GHz/≤3.0 GHz Dual

　　雙通道 20

　　All brand or product names mentioned are trademarks or registered trademarks of their respective holders.

　　文中提及的所有品牌或產品名稱均屬各自所有人的商標或注冊商標。

　　Analog Dialogue 33-7 (? 1999 Analog Devices) 5

　　《模擬對話》33-7 (? 1999 Analog Devices)