1、會計學1第一頁，共48頁。 頻率的瞬時起伏短期頻率穩定 (短穩)。結論：相位噪聲是噪聲對主譜的隨機調角（調頻、調相）二、相位噪聲的度量1、相位噪聲的功率譜密度簡單分析：單一頻率產生的 噪聲調相： ttfVtVtv0002coscos t dtd dtdfdtdf 21210 mfS tftmrms 2sin2 第1頁/共47頁第二頁，共48頁。2RF(zoshng)功率譜密度L(fm)沒有相噪的理想頻譜實際的輸出，相噪常用測量方法定義單位單位：rms BffSmrmsm2 Hzrad2 mfS t 02mmdffS mfHzdBcSmSSBmPffPfL)()(0 第2頁/共47頁第三頁，共4

2、8頁。rad1max dBmdBmfLdBfS 3 2f 202121,fMMf 11tktkkdttff 1121Mkkkff 02224sin2mmmfdfffSfc mfS 2f 2f mfS resF mmbammmbamresdffLfdffSfF 222 第3頁/共47頁第四頁，共48頁。PsikTFS dBdBdBPsiFdBmS 174 f1 mmcmfPsiFkTffPsiFkTfS 1PsiFkTmf f1第4頁/共47頁第五頁，共48頁。 LmmQfjfjfH2110 mLmmfQffSfS210 mmfSfS LmQff20 mfS mLfSQ 第5頁/共47頁第六頁，

3、共48頁。 mfS mfS 02112031mmmmmfhfhfhfhfS31 mfh20 mfh11 mfh02mfhLcQff20 LcQff20 第6頁/共47頁第七頁，共48頁。第7頁/共47頁第八頁，共48頁。第8頁/共47頁第九頁，共48頁。第9頁/共47頁第十頁，共48頁。第10頁/共47頁第十一頁，共48頁。 20221sinsin81BmmmmdfTfffSI 第11頁/共47頁第十二頁，共48頁。第12頁/共47頁第十三頁，共48頁。SmSSBmPffPfL)()(0 第13頁/共47頁第十四頁，共48頁。第14頁/共47頁第十五頁，共48頁。（2）產生雜散的原因：）產生雜

4、散的原因： * PLL頻綜：鑒相雜散，分數雜散；頻綜：鑒相雜散，分數雜散； * DDS頻綜：原因、成分復雜頻綜：原因、成分復雜(fz)； *混頻的組合干擾；混頻的組合干擾； *時鐘寄生調頻；時鐘寄生調頻； *電源電源50Hz寄生調頻。寄生調頻。 （3）雜散抑制指標的意義及測量）雜散抑制指標的意義及測量 * 雜散可直接或經過非線性電路進入信道雜散可直接或經過非線性電路進入信道(xn do)帶寬帶寬內；內； * 頻譜儀測雜散應該取平均；頻譜儀測雜散應該取平均；第15頁/共47頁第十六頁，共48頁。第16頁/共47頁第十七頁，共48頁。第17頁/共47頁第十八頁，共48頁。放大器的相噪基底放大器的相

5、噪基底(j d)（圖七的分析結論）：（圖七的分析結論）：siPFkTS 對數對數(du sh)表示：表示：dBmdBdBdBmsiPF174S分析分析(fnx)：F計及閃爍噪聲后放大器的相位噪聲 siP放大器加性噪聲模型 SF 放大器噪聲系數；Psi 放大器輸入功率T2、閃爍噪聲、閃爍噪聲 （1/ fc噪聲）使放大器近端相噪抬高噪聲）使放大器近端相噪抬高考慮fc時的近似公式： mcsiffPFkTS1 第18頁/共47頁第十九頁，共48頁。LSI SL和不相關時，二者功率(gngl)譜密度相加 mmmfSfSfSLSI 幾點分析：幾點分析： * 混頻器輸出相噪由相噪差的一路決定；混頻器輸出相噪

6、由相噪差的一路決定； * 兩輸入信號兩輸入信號(xnho)相噪相同時，輸出相噪惡化相噪相同時，輸出相噪惡化3dB； * 混頻是提高頻綜輸出頻率而不惡化相噪的重要手段?；祛l是提高頻綜輸出頻率而不惡化相噪的重要手段。兩個相參信號混頻后的相噪與相關系數有關，輸出相噪要優于不相關信號混頻時的值* *第19頁/共47頁第二十頁，共48頁。三、倍頻器輸出三、倍頻器輸出(shch)的的相位噪聲相位噪聲分析圖12，理想(lxing)倍頻時：NfLfLmimlg200倍頻器件：倍頻器件： * 集成集成(j chn)倍頻器（有源、無源）倍頻器（有源、無源） * 分立元件：二、三極管、變容管、分立元件：二、三極管、

7、變容管、SRD；第20頁/共47頁第二十一頁，共48頁。四、分頻器輸出四、分頻器輸出(shch)的的相位噪聲相位噪聲 圖13示例： A整體倍頻(bi pn) B倍頻(bi pn)鏈中插入窄帶濾波(高Q) CPLL倍頻(bi pn)由圖14，理想理想分頻時： NfLfLmimlg200分頻器存在底噪（觸發相位噪聲），導致相噪的降低可能達不到上述值第21頁/共47頁第二十二頁，共48頁。圖十五 某集成(j chn)分頻器的底噪五、直接五、直接(zhji)頻率合成器頻率合成器舉例舉例功能：功能：5MHz參考源，輸出：參考源，輸出：4080MHz，1Hz步長步長缺點：設備缺點：設備(shbi)量極大量

8、極大如改用新技術如改用新技術DDS（1片）片）+單片機，設備單片機，設備(shbi)大大簡化大大簡化第22頁/共47頁第二十三頁，共48頁。 * *由由50MHz50MHz參考源產生參考源產生100kHz100kHz、300kHz300kHz、2MHz2MHz、5MHz5MHz、10MHz10MHz參考信號；參考信號； * *倍頻器組產生頻率倍頻器組產生頻率1.32.2MHz1.32.2MHz、步長為、步長為100kHz100kHz的的1010個頻點；個頻點； * *這些頻點經開關矩陣后在混頻鏈中經過了這些頻點經開關矩陣后在混頻鏈中經過了5 5個個1010分器后，變成為帶寬分器后，變成為帶寬1

9、71718MHz18MHz、步、步 長長1Hz1Hz的頻率，跳頻由開關矩陣實現的頻率，跳頻由開關矩陣實現(shxin)(shxin)； * *上述頻段再經上述頻段再經2MHz2MHz上混成為上混成為1920MHz1920MHz； * *用用1010個步長為個步長為1MHz1MHz的頻點與上述頻率混頻產生的頻點與上述頻率混頻產生160170MHz160170MHz的頻率的頻率( (帶寬帶寬10MHz10MHz，步長，步長1Hz)1Hz)； * *再用步長為再用步長為10MHz10MHz的的4 4個頻點與上述頻率下混成個頻點與上述頻率下混成4080MHz4080MHz，1Hz1Hz步長的輸步長的輸

10、出頻率。出頻率。第23頁/共47頁第二十四頁，共48頁。圖十七(sh q) 最基本的PLL頻率合成器方框圖 可編程分頻器工作頻率不夠高，使用前置分頻可提高輸出頻率可編程分頻器工作頻率不夠高，使用前置分頻可提高輸出頻率缺點：缺點： * 單模前置分頻提高了輸出頻率，但使分辨率降低(分辨率為VfPD)； * 采用電壓輸出PFD，存在死區、且對LF要求高。PDRVVfNRfVNf 一、一、PLL頻率合成器基本原理頻率合成器基本原理 單模前置分頻單模前置分頻第24頁/共47頁第二十五頁，共48頁。圖十八 雙模分頻(fn pn)PLL頻率合成器框圖 PDPDVNffAPBf *分辨率: 仍為fPD， *常

11、用(chn yn)p/p+1：4/5，8/9，16/17，32/33，64/65 *單片FS IC已高達8GHz以上。 BA第25頁/共47頁第二十六頁，共48頁。圖十九(sh ji) 電荷泵輸出PFD示意圖第26頁/共47頁第二十七頁，共48頁。圖二十 電荷泵PLL頻綜相位(xingwi)模型典型(dinxng)環路濾波器：其中：21211CCCCRTc 222CRT 333CRT RRKfA 1圖二十一 三環路濾波器第27頁/共47頁第二十八頁，共48頁。 sIsVsZdc 環路(hun l)傳輸： 213112200111TTSTSTCNSSTkkkNsHsTAd 結論結論(jiln)：

12、采用電荷泵：采用電荷泵PD，無源，無源LF也使也使PLL成為成為4階二型階二型PLL。關于設計方法：關于設計方法：軟件： * ADI Sim PLL * NSC Easy PLL（在線設計） * PLL設計大師（賽英公司自主研發的軟件）設計大師（賽英公司自主研發的軟件）資料： * NSC AN 1001（極值相位余量設計法） * Dean Banerjee: NSC PLL performance, Simulation and Design 關于單片關于單片PLL FS的跳頻送數方式的跳頻送數方式 一般為三線（一般為三線（CLOCK，DATA，LE）串口送數）串口送數第28頁/共47頁第二十

13、九頁，共48頁。圖二十二 PLL頻綜輸出(shch)相噪示意圖PLL FS環路環路(hun l)帶寬內的相噪：帶寬內的相噪： NfHzPNfLPDmlg20lg10)1 ( 例：采用ADF4106， MHzfPD1 MHzfV1000 Hz/dBc)Hz(PN2191 其中其中fPD鑒相頻率N對fPD的倍頻值PN(1Hz)： 鑒相器的1Hz歸一化基底相噪則： Hz/dBclglgfLm99110002010102196 相噪差的VCO對環路帶寬內相噪仍存在影響；. 環路帶寬以外的相噪主要由環路帶寬以外的相噪主要由VCO的相噪決定；的相噪決定；第29頁/共47頁第三十頁，共48頁。PDnf （I

14、N-PLL） 32 分分fc （FN-PLL） 六、采用電壓輸出六、采用電壓輸出(shch)型型PD的頻率合成器的頻率合成器無阻尼振蕩頻率無阻尼振蕩頻率(pnl) 110 Nkkn 阻尼系數阻尼系數 22 n )121( 一般取圖二十三理想二階PLL頻率合成器第30頁/共47頁第三十一頁，共48頁。公式公式(gngsh)： PDvfMkNf M模數模數 ； 分子分子(fnz)取值：取值： ； MK0 步長：步長： MfPD原理原理：吞脈沖技術的變通應用，變模值為N/N+1圖二十四第31頁/共47頁第三十二頁，共48頁。MfPD2 圖二十五 某FS-PLL-FS的分數(fnsh)雜散實例*具有快

15、鎖功能的具有快鎖功能的FN-FS，可實現，可實現(shxin)20s；*有各種減小分數雜散的措施與專利，主要技術：有各種減小分數雜散的措施與專利，主要技術：-調制；調制；*單片單片FN PLL FS 已可工作在已可工作在8GHz第32頁/共47頁第三十三頁，共48頁。圖二十六 DDS基本原理框圖(kungt)原理原理(yunl)：信號周期相位為2，每個時鐘相位累加一次；最小相位增量 N22 完成2相位（一周期）經過的時鐘個數kknNN2222 FCW=k 時，每次累加相位增量Nk22 第33頁/共47頁第三十四頁，共48頁。cLkfnT10 輸出輸出(shch)頻率頻率 二、二、DDS的特點的

16、特點1、低相位噪聲、低相位噪聲 *DDS實為特殊小數分頻器；實為特殊小數分頻器； *近端相近端相(dun xin)噪由時鐘相噪決定，在噪由時鐘相噪決定，在DDS底噪之上還可因分頻而優化；底噪之上還可因分頻而優化； *DDS底噪可低達底噪可低達-150dBc/Hz，它決定了，它決定了DDS輸出的遠端相輸出的遠端相(dun xin)噪。噪。2、輸出頻率不高（、輸出頻率不高（Niquist準則）工程上，準則）工程上， ， 已高達數已高達數GHz；3、雜散復雜、雜散復雜 雜散指標與輸出帶寬有關，可用分段濾波抑制雜散。雜散指標與輸出帶寬有關，可用分段濾波抑制雜散。4、快跳頻，相位連續跳頻、快跳頻，相位連

17、續跳頻 全并口時，可小于全并口時，可小于100ns，控頻碼經數據處理輸入時，可達，控頻碼經數據處理輸入時，可達s量級。量級。kfnfTfNCLKCLK 2100cff4 . 00 cf分辯率：分辯率： NCLKf2第34頁/共47頁第三十五頁，共48頁。圖二十七 AD9858雜散與輸出(shch)帶寬的關系 Nfc0f使用使用(shyng)體會：體會： * 高雜散常出現在高雜散常出現在 附近附近越小于 fc*正確選取(xunq)輸出頻段，可減小雜散；*改變 fc， ，可有意外收獲；，雜散越??；*第35頁/共47頁第三十六頁，共48頁。圖二十八 整數分頻基本環頻率(pnl)合成框圖第36頁/共4

18、7頁第三十七頁，共48頁。圖二十九 分數(fnsh)分頻基本環頻率合成器框圖 第37頁/共47頁第三十八頁，共48頁。（1）PLL內下混頻(hn pn)圖三十(sn sh) PLL內下混頻方框圖 *雜散輸出相對下面的方案較少，但需要VCO的頻率高，VCO指標差些。 *要注意本振泄漏，產生雜散。第38頁/共47頁第三十九頁，共48頁。圖三十一 PLL環外上混頻(hn pn)方框圖* 因混頻器在因混頻器在PLL外，輸出雜散因而很多，要認真分析外，輸出雜散因而很多，要認真分析(fnx)，避免在帶內出現；，避免在帶內出現；* VCO頻率低，其相噪指標較高，成本可能低些。頻率低，其相噪指標較高，成本可能

19、低些。第39頁/共47頁第四十頁，共48頁。圖三十三 DDS+PLL常用(chn yn)方案 輸出(shch)： NfkfcN 20特點特點(tdin)：細步長，跳頻時間長，：細步長，跳頻時間長，DDS的輸出在的輸出在PLL帶內雜散惡化帶內雜散惡化N lg20 (2)PLL內插DDS圖三十四PLL內插DDS方案輸出： DDSPDffNf 0NN 特點：特點： * 細步長，DDS輸出可為窄帶，雜散較小；為定值時，因跳頻步長較小，可實現較快頻；變化可實現寬帶輸出N 4、DDS+PLL方案方案 (1)DDS作為PLL參考源*第40頁/共47頁第四十一頁，共48頁。輸出輸出(shch)： PDfKNf

20、20 特點特點(tdin)：細步長，低相噪，但：細步長，低相噪，但 圖三十五 作PLL的程序分頻方案maxmaxcoff 5、多、多PLL頻率合成頻率合成儀器中常用。例：HP8662A，7個PLL， Hz1 . 0/MHz1280kHz10 of第41頁/共47頁第四十二頁，共48頁。圖三十六 雙PLL方案(fng n)一輸出(shch)： MfNfNfPDAPDBo 特點：特點：細步長，但倍頻值仍不大。例二：低位環用較小的例二：低位環用較小的fPD輸出：PDBBPDABofNfNf 二、點頻源二、點頻源 1、所有跳頻源均可實現點頻源； 2、采用PLL方案時，用高Q VCOVCXO，CRO，DRO； 3、晶振倍頻/倍頻鏈圖三十六 雙PLL方案一第42頁/共47頁第四十三頁，共48頁。輸入(shr)參考：MHz10 Rf，TCXO；輸出(shch)頻率： MHz329031900 f步 長： 1k Hz 相位噪聲： 95dBc/Hz10kHz dBdBm110 P1dB方案：方案： * 用AD42