寬帶低相噪高分辨率頻率合成器設計

摘要 利用鎖相環(huán)(PLL)和YTO相結合，設計出一種頻率合成器。實現(xiàn)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(huán)；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(tǒng)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(yōu)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(xiàn)小數(shù)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(huán)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(xiàn)大范圍的調諧，又可以獲得較快的頻率跟蹤性能。