要求低相位噪聲的另一個(gè)原因是避免或減少相互混頻的影響。在具有特定頻段中多個(gè)信道的通信系統(tǒng)中，兩個(gè)相鄰信道之間的信號(hào)強(qiáng)度變化很大是很常見(jiàn)的。如果要對(duì)位于更強(qiáng)的相鄰?fù)ǖ琅赃叺奈⑷跣盘?hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)南伦冾l和解調(diào)，則與混頻器一起使用的LO必須具有低相位噪聲。它必須足夠低，以防止較大信號(hào)的頻譜泄漏嚴(yán)重降低所需通道的SNR。

假設(shè)在圖2中，混頻器的RF端口接收到兩個(gè)理想音，LO具有如圖所示的相位噪聲曲線。圖6描述了新系統(tǒng)，并說(shuō)明了倒易混合。

圖6.LO相位噪聲引起的相互混頻。

如IF所示，LO的相位噪聲使較強(qiáng)的相鄰?fù)ǖ馈靶孤钡捷^弱的理想通道中，并嚴(yán)重限制了其SNR。無(wú)論混頻器用于下變頻還是上變頻輸入信號(hào)，相同的概念都適用。

相位噪聲剖析和LTC6946性能

那么，LTC6946 如何與頻率合成器性能指標(biāo)相提并論呢？為了說(shuō)明這一點(diǎn)，給定LO的相位噪聲曲線被細(xì)分為四個(gè)近似區(qū)域，如圖7所示的LO邊帶之一。假設(shè)該LO源由PLL集成電路產(chǎn)生，該IC將高頻VCO鎖定到較低頻率的參考時(shí)鐘。本文討論了LTC6946在每個(gè)不同區(qū)域的性能。

圖7.單邊帶相位噪聲剖析。

特寫(xiě)

理想情況下，近載波相位噪聲主要由參考時(shí)鐘的相位噪聲曲線決定。然而，PLLIC的閃爍（或1/f）噪聲通常會(huì)加劇這里的噪聲。該區(qū)域通常從LO擴(kuò)展到100s或1000s的Hz。近載波相位噪聲會(huì)降低復(fù)雜通信方案的性能，尤其是在突發(fā)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下。

LTC6946 具有業(yè)界領(lǐng)先的 ?274dBc/Hz 歸一化帶內(nèi) 1/f 噪聲規(guī)格，相當(dāng)于一個(gè) 100MHz 參考時(shí)鐘在失調(diào)為 100Hz 時(shí)的 ?134dBc/Hz 相位噪聲電平。這個(gè)數(shù)字挑戰(zhàn)了市場(chǎng)上最好的100MHz晶體振蕩器。因此，與其他 PLL IC 不同，LTC6946 通常不會(huì)降低基準(zhǔn)主導(dǎo)的近載波相位噪聲。

帶內(nèi)

帶內(nèi)相位噪聲通常由PLL IC和環(huán)路濾波器中的任何噪聲元件決定。如果選擇不當(dāng)，參考時(shí)鐘也可能會(huì)增加該區(qū)域的噪聲。帶內(nèi)相位噪聲區(qū)域通常延伸到PLL的環(huán)路帶寬附近。根據(jù)多個(gè)因素，例如通道帶寬和其他區(qū)域的相位噪聲水平，帶內(nèi)相位噪聲通常是相位噪聲導(dǎo)致信號(hào)SNR下降的最重要因素。

LTC6946 擁有一個(gè)令人印象深刻的 ?226dBc/Hz 歸一化帶內(nèi)相位本底噪聲，可將“平臺(tái)”區(qū)域保持在盡可能低的水平。該數(shù)字允許 LTC6946 用于要求最苛刻的應(yīng)用。

VCO

VCO相位噪聲，顧名思義，主要由VCO貢獻(xiàn)。根據(jù)PLL環(huán)路帶寬和通道寬度，VCO相位噪聲可能是相位噪聲導(dǎo)致信號(hào)SNR下降的重要因素。而且，根據(jù)通道間距，VCO相位噪聲可能會(huì)產(chǎn)生相互混頻。

與獨(dú)立寬帶 VCO 相比，集成到 LTC6946 中的 VCO 具有極具競(jìng)爭(zhēng)力的相位噪聲，從而確保了出色的整體性能。

寬帶

寬帶相位噪聲主要由VCO輸出端的緩沖器主導(dǎo)。與VCO噪聲一樣，由于相互混頻，寬帶相位噪聲會(huì)影響相鄰?fù)ǖ馈＜词故呛苓h(yuǎn)的通道也會(huì)由于遠(yuǎn)距離的強(qiáng)通道（通常稱(chēng)為阻塞器）而增加其本底噪聲。

LTC6946 具有卓越的 ?157dBc/Hz 寬帶相位本底噪聲，其性能與獨(dú)立寬帶 VCO 的性能相匹配，從而最大限度地降低了阻塞效應(yīng)。

低雜散的重要性

整數(shù) N 分頻 PLL 在其 PFD 更新速率 （f ） 下在 LO 偏移周?chē)a(chǎn)生雜散聚苯乙烯）并以該速率的諧波。這些通常稱(chēng)為參考雜散。

考慮多通道無(wú)線通信系統(tǒng)的典型場(chǎng)景，該系統(tǒng)在所需通道附近傳輸較強(qiáng)但較弱的通道，如圖8所示。僅顯示一個(gè)LO參考雜散。

圖8.參考雜散引起的相鄰信道干擾。

在整數(shù) N 個(gè) PLL 中，f聚苯乙烯通常選擇等于通道間距，這意味著基準(zhǔn)雜散位于與LO的通道間距處。這些雜散將所有相鄰和附近的通道轉(zhuǎn)換為IF的中心，而LO將所需通道轉(zhuǎn)換為相同的精確頻率。

這些不需要的通道與目標(biāo)通道中的信號(hào)無(wú)關(guān)，表現(xiàn)為目標(biāo)信號(hào)的本底噪聲升高，并限制了其SNR。因此，重要的是要避免參考雜散。

LTC6946 設(shè)計(jì)示例

為了理解LTC6946設(shè)計(jì)過(guò)程的簡(jiǎn)單性，這里顯示了用于無(wú)線接入的寬帶點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線電LO的完整設(shè)計(jì)示例。該設(shè)計(jì)假定以下頻率規(guī)劃。

LO 頻段：4700MHz 至 5700MHz

頻率步長(zhǎng)（通道間間隔）：5MHz

參考時(shí)鐘頻率：100MHz

基于表 1 中的頻率范圍，LTC6946-3 適合于覆蓋所請(qǐng)求的頻帶。所有進(jìn)一步的設(shè)計(jì)選擇都可以使用PLLWizard進(jìn)行?www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators 的免費(fèi)PLL設(shè)計(jì)和仿真工具。

在PLLWizard中輸入給定的頻率信息，并選擇PLLWizard工具建議的近似噪聲優(yōu)化環(huán)路帶寬，即可生成修改DC1705A-C演示板所需的環(huán)路濾波器值。由于LTC6946 VCO增益占頻率的百分比幾乎恒定，因此設(shè)計(jì)在頻帶內(nèi)任何頻率下的環(huán)路濾波器適用于所有其他頻率。圖9顯示了用于完成此設(shè)計(jì)的PLLWizard的快照。

圖9.用于設(shè)計(jì)4700MHz至5700MHz帶寬LO且通道間隔為5MHz的PLLWizard軟件工具快照。

DC1705A-C使用上述環(huán)路濾波器組件進(jìn)行了更新，其原理圖如圖10所示。

圖 10.4700MHz至5700MHz LO頻率合成器電路原理圖。

圖11驗(yàn)證了實(shí)現(xiàn)的相位噪聲是否與PLLWizard預(yù)測(cè)的相位噪聲相匹配。100Hz至40MHz的雙邊帶集成噪聲可實(shí)現(xiàn)接近40dB的SNR，足以滿足最苛刻的應(yīng)用要求。

圖 11.相位噪聲為5500MHz。

圖12顯示了5500MHz時(shí)的雜散性能。最高的基準(zhǔn)雜散約為?97dBc，在如此高的LO頻率下是驚人的，并且不太可能造成任何明顯的相鄰信道干擾。

圖 12.頻譜在5500MHz。

按照上面總結(jié)的快速直接的步驟操作后，該電路就可以部署在現(xiàn)實(shí)生活中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線電應(yīng)用中。

結(jié)論

LTC6946 通過(guò)將一個(gè)整數(shù) N 分頻頻率合成器與一個(gè) VCO 集成在一起而不犧牲性能來(lái)簡(jiǎn)化頻率合成。它非常適合許多要求苛刻的應(yīng)用，其中低相位噪聲至關(guān)重要。最重要的是，當(dāng)與 PLLWizard 工具結(jié)合使用時(shí)，使用 LTC6946 進(jìn)行設(shè)計(jì)輕而易舉。

審核編輯：郭婷