基于V600ME14-LF的鎖相環(huán)設(shè)計

鎖相環(huán)路是一個能夠跟蹤輸入信號相位的閉環(huán)控制系統(tǒng)， 它在很多領(lǐng)域都有廣泛的應用； 比如調(diào)制解調(diào)、頻率合成、精密儀器測量、FM立體聲解碼等。鎖相環(huán)的應用如此廣泛是由其獨特的優(yōu)良特性決定的。它具有載波跟蹤特性， 作為一個窄帶濾波器， 它可提取淹沒在噪聲中的信號， 并用高穩(wěn)定的參考振蕩器鎖定， 也可提供一系列高穩(wěn)定的頻率源， 以進行高精度的頻率和相位測量等； 本設(shè)計正是給出了鎖相環(huán)在頻率源中的應用和設(shè)計方法。

1 鎖相環(huán)路設(shè)計方案

圖1所示是根據(jù)鎖相環(huán)的基本原理以及具體需要設(shè)計的方案框圖， 其中， 參考頻率REF由10MHz晶振產(chǎn)生， 考慮到VCO的頻率輸出在2~3GHz， 而鑒相器的輸入頻率范圍有限， 所以采用先分頻的方式通過分頻器分頻， 之后再送給DDS， 最后再經(jīng)過DDS分頻， 從而滿足鑒相器輸入頻率范圍的要求。VCO芯片V600ME14-LF的電壓調(diào)諧范圍為0~24V， 所以， 本方案中的環(huán)路濾波器采用有源濾波器， 并將鑒相器的輸出經(jīng)過放大后送到VCO， 從而使電壓的調(diào)諧范圍可以滿足輸出頻率的要求。

圖1 鎖相環(huán)設(shè)計方案框圖

本設(shè)計方案將DDS作為可編程的分頻器， 其分頻系數(shù)可在1/2~1/2n之間變化， 從而實現(xiàn)頻率很高的小數(shù)分頻。DDS作為分頻器， 其頻率不能太高， 所以， 在其前面應加入分頻器， 分頻器可設(shè)置為4、8、16、32分頻， 該分頻器采用32分頻， 并通過控制DDS分頻系數(shù)來使VCO的變化范圍達到要求的2~3GHz。

環(huán)路濾波采用有源濾波器的設(shè)計方式， 有源濾波器不僅可濾除干擾信號，同時也有放大的作用， 可以彌補鑒相器輸出信號較小的缺點，從而達到VCO輸入電壓的要求。

2 V600ME14-LF介紹

2.1 特性說明

V600ME14-LF是Z-COMM公司推出的一款S波段且符合RoHS的VCO， 該芯片的工作頻率范圍是2000MHz ～4000MHz， 調(diào)諧電壓范圍為0 ～24V， 同時， 該VCO具有以下特征：

◇ 10kHz時的相位噪聲為-89dbc/hz；

◇ 諧波抑制(2nd)： 典型值為-15dbc， 最大值為-10dbc；

◇ 輸出功率典型值為： 2～11dbm；

◇ 驅(qū)動能力： 10MHz/V；

◇ 調(diào)諧靈敏度(avg.)： 110MHz/V；

◇ 工作溫度范圍： -40-85℃；

◇ 電源電壓： 5V；

◇ 電源電流(Icc)： 典型值為44mA。

圖2所示是相位噪聲和頻偏的關(guān)系的示意圖，圖中的單位分別是dbc/Hz和Hz。

圖2 相位噪聲與頻偏的關(guān)系曲線圖

2.2 引腳介紹

V600ME14-LF芯片采用的是MINI-16-LOW封裝， 圖3所示是其引腳示意圖， 各引腳的功能如下：

圖3 V600ME14-LF的引腳示意圖

P1： 調(diào)諧電壓輸入端， 通過環(huán)路濾波之后，可將調(diào)諧電壓輸入到諧振回路， 從而提供可調(diào)節(jié)的電壓；P2： 射頻輸出端；P3： 電源電壓輸入端， 用于輸入VCO所需要的電源電壓；REST： 接地端， 除了以上三個在圖中標明的引腳外， 剩余的引腳都是地端。

2.3 外圍電路

V600ME14-LF芯片的輸出駐波比小于1.67:1(RL=12.0db)。為了防止由于負載芯片(比如混頻器等) 而引起阻抗不匹配， 設(shè)計時應在P2端添加某種形式的隔離， 圖4所示的電路中使用了一個10db的PAD和一個緩沖放大器來滿足上面的要求。而如果隔離不滿足要求， 則會帶來三個方面的問題：

圖4 外部電路連接圖

其一是功率輸出的波動； 二是會降低相位噪聲性能； 三是負載會依賴頻率而變化。

圖4電路中的旁路電容和耦合電容是和頻率相關(guān)聯(lián)的， 圖中的10db的PAD和射頻輸出端的距離要盡量的近， 布局布線也必須嚴格的符合射頻設(shè)計的規(guī)范要求。比如50Ω的微帶線是必須要有的， 細心的選擇元器件也是必不可少的。

3 應用注意事項

該VCO是貼片封裝， VCO的地必須直接連接到PCB板上所覆銅的地層，所覆的銅必須覆蓋整個VCO的下面。

使用時位于板子周長上的16個半洞的內(nèi)徑主要用來為VCO和母版提供一個連接的表面， 器件外圍的屏蔽罩是鍍錫的CRS或者合金， 在電源輸入端加入旁路電容或者一個射集跟隨器可抑制電源噪聲， 而在器件下面放置一些過孔可減小不想要的地面電抗， 事實上， 根據(jù)輸出頻率的不同在設(shè)計時增加一些額外的過孔是很有必要的。

4 結(jié)束語

V600ME14-LF是一款性能不錯的VCO， 可廣泛應用在測試儀器設(shè)備、CATV前端設(shè)備、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。但在應用的過程中， 需要按照器件相關(guān)資料上的要求來布局布線， 這樣可以達到比較好的效果。