基于PLL的频率合成器设计方案

VCO所需的输入或控制电压通常高于PLL的电源电压。产生高控制电压的可能性有多种，包括具有集成电荷泵的PLL频率合成器。

锁相环（PLL）是一种反馈系统，它结合了压控振荡器（VCO）和鉴相器，使得振荡器信号跟踪具有正确频率和相位的施加频率或调相信号。当需要从固定的低频信号中产生稳定的较高输出频率时，或者需要快速改变频率时，可以使用PLL。典型的用例是在无线电通信链路中以及在测试和测量设备（包括矢量网络分析仪（VNA））中的频率合成。

图1给出了基于PLL的频率合成器的框图。VCO生成输出信号。它由PLL保持在设定点频率，并锁定到参考频率，参考频率通常由非常精确的石英振荡器提供。在鉴相器前面的PLL电路的反馈路径中提供了一个分频器，以将VCO频率降低一个可调因子。

1.锁相环（PLL）是一种结合了压控振荡器（VCO）和鉴相器的反馈系统

VCO包含一个可调调谐元件，例如一个变容二极管，其电容会根据输入电压而变化。因此，PLL电路是用于VCO的一种反馈控制系统。

VCO所需的输入或控制电压通常高于PLL电路可用的电源电压。电源电压通常为3.3或5 V，而VCO根据所需频率可能需要大于20 V的电压。为了产生更宽的频率范围，可以使用具有更宽调谐范围的VCO。支持千兆赫范围内的VCO的简化电路示例如图2所示。

2.显示的是ADF4150HV的高压电荷泵电源的简化原理图。

例如，可以将Synergy Microwave Corporation的DCYS100200-12 用作VCO。如图3的曲线所示，它以28 V（V TUNE）抽出2 GHz的频率

3.该图将控制电压与Synergy Microwave组件的频率进行比较

产生高压

产生高控制电压有几种可能性。一种是使用有源环路滤波器，它主要由一个高速放大器和一个低通滤波器组成，该滤波器将相位检测器（CP OUT）的输出脉冲整形为干净的直流电压。或者，可以使用具有集成电荷泵的PLL频率合成器，例如不需要额外的有源环路滤波器的Analog Devices的ADF4150HV 。

即使两种解决方案都需要高压电源，但使用ADF4150HV可以减少组件数量。有源滤波器放大器引起的失真和相位噪声也可以消除。此外，ADF4150HV可用于小数N分频或整数N分频PLL频率合成器。因此，可以将VCO频率除以1、2、4、8或16，以获得最低至31.25 MHz的输出频率。

ADF4150HV的集成电荷泵所需的高压可以通过ADP1613 dc-dc转换器产生，而不会影响PLL的性能。ADP1613用作开关稳压器，集成了功率晶体管，可实现高达20 V的输出电压。通过使用额外的外部元件，尤其是通过外部功率晶体管，也可以实现更高的输出电压。

ADP1613的开关频率可在650 kHz至1.3 MHz范围内调节，从而提供更好的瞬态响应和简单的噪声滤波。通常，建议使用大于1 MHz的开关频率，以便PLL滤波器可以降低开关噪声。

当使用集成的RF分频器时，具有ADF4150HV的PLL频率合成器具有超宽带PLL功能。该部分还涵盖了62.5 MHz至2 GHz的频率。使用相同的PLL设计，可以为系统中的许多不同硬件平台生成不同的频率。但是，如果您使用各种类型的VCO，则在设计中合并相应的环路滤波器是有意义的。这样，您可以确保锁相环可靠地运行。

由于其相对较宽的输出频率范围和较高的输出功率，ADF4150HV的每个RF输出上也都需要一个小的滤波器结构。一个27nH电感与一个50Ω电阻并联可用于高达3 GHz的频率。电阻器提供了定义的输出阻抗。较低的电感会导致频带扩展到较低的范围。

PLL频率合成仿真工具ADIsimPLL还支持HF功能块和建模的高频信号链的开发。它使设计人员能够模拟可能影响PLL性能的重要非线性效应。例如，频率合成过程中的杂散（杂散频率）。

还可以在一个外壳中提供适用于较大频率范围（即PLL，滤波器和VCO）的集成解决方案。但是，由于不同零件之间的距离太近，这些解决方案可能导致不希望的耦合。离散的设计以及由此产生的物理隔离将这种风险降到最低。
编辑：hfy