一種低相噪鎖相環電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鎖相環電路，尤其是涉及一種低相噪鎖相環電路。
【背景技術】
[0002] 現有鎖相環電路主要用于頻率合成器中，將外部參考輸入信號的頻率倍增，使頻 率合成器得到較高的頻率輸出。現有的鎖相環電路包括鑒相器（Phase Detector)、環路濾 波器（Loop Filter)、壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator)、分頻器（Frequency Divider)和耦合器，鑒相器的參考輸入端與外部參考輸入信號連接，鑒相器的輸出端與環 路濾波器的輸入端連接，環路濾波器的輸出端與壓控振蕩器的輸入端連接，壓控振蕩器的 輸出端與耦合器的輸入端連接，耦合器的耦合端與分頻器的輸入端連接，分頻器的輸出端 與鑒相器的射頻輸入端連接。
[0003] 現有的鎖相環電路工作原理如附圖1所示。
[0004] 設外部參考輸入信號為Ui(t)，相位為0i(t)，頻率fi(t);設鑒相器輸出誤差信號 為ujt);設壓控振蕩器的輸出信號為相位為0。(〇,頻率為f；(t);設分頻器輸出信 號為ujt)，相位為吣(t)，頻率為則鎖相環電路工作過程如下：鑒相器通過比較外 部參考輸入信號U i (t)與分頻器處理后信號(t)的相位0i(t)與0 Jt)后，將二者的相 位差轉換成線性誤差電流或誤差電壓信號I (t)，再經過環路濾波器濾除u Jt)的紋波干 擾后得到較純凈的調諧電壓ud(t)，壓控振蕩器在調諧電壓的作用下生成所需頻率的信號 當外部參考輸入信號頻率fjt)與分頻器輸出信號頻率f；(t)相等時，它們的相位差 也將保持固定，壓控整蕩器輸出的信號保持鎖定狀態，此時有f；(t) = fjt) XN。
[0005] 分析現有的鎖相環電路的噪聲時，可將鎖相環等效為一個線性系統，得到現有鎖 相環相位噪聲數學模型如附圖2所示。其中A Gi(S)為外部參考輸入信號的相位抖動，Vnpll 為鑒相器的噪聲電壓，A 0vra(s)為壓控振蕩器相位抖動，A 0N(S)為分頻器的相位抖動， Kd為鑒相器增益，F (s)為環路濾波器的傳輸系數，K ^為壓控振蕩器的壓控靈敏度，K/s為壓 控振蕩器的傳輸系數，N/s為分頻器傳輸系數。
[0006] 當現有的鎖相環的參考輸入信號相位噪聲與鑒相器、壓控振蕩器和分頻器的相位 噪聲不相關時，現有的鎖相環的相位噪聲可有線性疊加原理得：
數表示為
[0011]
[0012] 即現有鎖相環的固有相位噪聲與外部參考輸入信號的相位噪聲將會惡化201g(N) dB〇
[0013] 在環路帶寬外，
鎖相環的相位噪聲主要由壓控振蕩器的相位 噪聲決定。
[0014] 現有的鎖相環電路存在以下問題：在環路帶寬內，鎖相環電路固有的相位噪聲和 外部參考輸入信號相位噪聲惡化程度依賴于分頻器的分頻倍數，且分頻器分頻倍數越高， 鎖相環電路的相位噪聲惡化越嚴重；由于分頻器分頻比為鎖相環電路的輸出信號頻率除 以外部參考輸入信號的頻率，外部參考輸入信號一般由晶振產生，晶振的價格由其產生的 信號的頻率決定，頻率越低，晶振成本越低，因此外部參考輸入信號通常使用頻率較低的晶 振，一般為IMHz~500MHz，而鎖相環電路的輸出信號的頻率較高，一般在IGHz以上，甚至可 達毫米波段（30GHz~300GHz)，現有的鎖相環電路中分頻器分頻比較高，由此導致鎖相環 電路的固有相位噪聲與外部參考輸入信號的相位噪聲惡化也較為嚴重。

【發明內容】

[0015] 本發明所要解決的技術問題是提供一種低相噪鎖相環電路。該低相噪鎖相環電路 路通過混頻器（Mixer)來引入偏移源信號以減小分頻比，使鎖相環電路固有相位噪聲和外 部參考輸入信號相位噪聲惡化程度減小，從而降低鎖相環電路在環路帶寬內的相位噪聲。 [0016] 本發明解決以上技術問題所采用的技術方案為：一種低相噪鎖相環電路，包括鑒 相器，環路濾波電路，壓控振蕩器，耦合電路，功率放大電路，混頻電路。所述的鑒相器包括 參考輸入端、射頻輸入端和電荷泵輸出端（Charge Pump Output)，所述的環路濾波電路包 括輸入端和輸出端，所述的壓控振蕩器包括調諧電壓輸入端和射頻輸出端，所述的耦合電 路包括輸入端、耦合端、直通端，所述的功率放大電路包括輸入端和輸出端，所述的混頻電 路包括本振端、射頻端和中頻端。所述的鑒相器參考輸入端與外部參考源連接，所述的鑒 相器射頻輸入端與所述的混頻電路中頻端連接，所述的鑒相器的電荷泵輸出端與所述的環 路濾波電路輸入端連接，所述的環路濾波電路的輸出端與壓控振蕩器的調諧電壓輸入端連 接，所述的壓控振蕩器的射頻輸出端與所述的耦合電路的輸入端連接，所述的耦合電路的 直通端為鎖相環輸出端，所述的耦合電路的耦合端與所述的功率放大電路的輸入端連接， 所述的功率放大電路的輸出端與所述的混頻電路的射頻端連接，所述的混頻器的本振端與 外部偏移源連接。
[0017] 所述的鑒相器包括第一電阻、第一電容和型號為ADF4002的鑒相器芯片，所述的 第一電阻的一端接地，所述的第一電阻的另一端與所述的鑒相器芯片的第19腳連接，所述 的第一電容的一端接地，所述的第一電容的另一端與所述的鑒相器芯片的第4腳連接，所 述的鑒相器芯片的第6腳、第7腳、第11腳、第16腳、第17腳和第18腳均接入3V電壓， 所述的鑒相器芯片的第1腳、第2腳、第3腳、第9腳和第10腳均接地，所述的鑒相器芯片 的第5腳為所述的鑒相器的射頻輸入端，所述的鑒相器芯片的第8腳為所述的鑒相器的參 考輸入端，所述的鑒相器芯片的第20腳為所述的鑒相器的輸出端。該電路中，鑒相器芯片 ADF4002的相位噪聲很低，能夠保證鎖相環固有相位噪聲處于較低水平。
[0018] 所述的環路濾波器包括第二電容、第三電容、第四電容、第二電阻和第三電阻，所 述的第二電容的一端、所述的第二電阻的一端和所述的第三電阻的一端連接且其連接端為 所述的環路濾波器的輸入端，所述的第二電容的另一端接地，所述的第二電阻另一端與所 述的第三電容的一端連接，所述的第三電容的另一端接地，所述的第三電阻的另一端與所 述的第四電容的一端連接且其連接端為所述的環路濾波器的輸出端，所述的第四電容的另 一端接地。該電路中，環路濾波器采用無源環路濾波器結構簡單，對相位噪聲具有進一步的 抑制作用。
[0019] 所述的壓控振蕩器包括第五電容和型號為HMC917LP3的壓控振蕩器芯片，所述的 第五電容的一端與所述的壓控振蕩器芯片的第16腳連接，所述的第五電容的另一端為所 述的壓控振蕩器的輸出端，所述的壓控振蕩器芯片的第20腳接入3V電壓，所述的壓控振蕩 器芯片的第15腳接地，所述的壓控振蕩器芯片的第22腳為所述的壓控振蕩器的輸入端。該 電路中，壓控振蕩器輸出信號功率和頻率穩定，具有較小的相位噪聲。
[0020] 所述的耦合器包括平行間隔設置的第一微帶線和第二微帶線，所述的第一微帶線 的長度為4. 8mm，所述的第一微帶線的寬度為I. 1mm，所述的第二微帶線的長度為4. 8mm