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在高壓，高頻鎖相環(huán)中驅(qū)動(dòng)VCO
VCO所需的輸入或控制電壓通常高于PLL的電源電壓。產(chǎn)生高控制電壓的可能性有多種，包括具有集成電荷泵的PLL頻率合成器。
鎖相環(huán)（PLL）是一種反饋系統(tǒng)，它結(jié)合了壓控振蕩器（VCO）和鑒相器，使得振蕩器信號(hào)跟蹤具有正確頻率和相位的施加頻率或調(diào)相信號(hào)。當(dāng)需要從固定的低頻信號(hào)中產(chǎn)生穩(wěn)定的較高輸出頻率時(shí)，或者需要快速改變頻率時(shí)，可以使用PLL。典型的用例是在無(wú)線電通信鏈路中以及在測(cè)試和測(cè)量設(shè)備（包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA））中的頻率合成。
圖1給出了基于PLL的頻率合成器的框圖。VCO生成輸出信號(hào)。它由PLL保持在設(shè)定點(diǎn)頻率，并鎖定到參考頻率，參考頻率通常由非常精確的石英振蕩器提供。在鑒相器前面的PLL電路的反饋路徑中提供了一個(gè)分頻器，以將VCO頻率降低一個(gè)可調(diào)因子。
1.鎖相環(huán)（PLL）是一種結(jié)合了壓控振蕩器（VCO）和鑒相器的反饋系統(tǒng)
VCO包含一個(gè)可調(diào)調(diào)諧元件，例如一個(gè)變?nèi)荻O管，其電容會(huì)根據(jù)輸入電壓而變化。因此，PLL電路是用于VCO的一種反饋控制系統(tǒng)。
VCO所需的輸入或控制電壓通常高于PLL電路可用的電源電壓。電源電壓通常為3.3或5 V，而VCO根據(jù)所需頻率可能需要大于20 V的電壓。為了產(chǎn)生更寬的頻率范圍，可以使用具有更寬調(diào)諧范圍的VCO。支持千兆赫范圍內(nèi)的VCO的簡(jiǎn)化電路示例如圖2所示。
2.顯示的是ADF4150HV的高壓電荷泵電源的簡(jiǎn)化原理圖.
例如，可以將Synergy Microwave Corporation的DCYS100200-12 用作VCO。如圖3的曲線所示，它以28 V（V TUNE）抽出2 GHz的頻率
3.該圖將控制電壓與Synergy Microwave組件的頻率進(jìn)行比較
產(chǎn)生高壓
產(chǎn)生高控制電壓有幾種可能性。一種是使用有源環(huán)路濾波器，它主要由一個(gè)高速放大器和一個(gè)低通濾波器組成，該濾波器將相位檢測(cè)器（CP OUT）的輸出脈沖整形為干凈的直流電壓?；蛘?，可以使用具有集成電荷泵的PLL頻率合成器，例如不需要額外的有源環(huán)路濾波器的Analog Devices的ADF4150HV 。
即使兩種解決方案都需要高壓電源，但使用ADF4150HV可以減少組件數(shù)量。有源濾波器放大器引起的失真和相位噪聲也可以消除。此外，ADF4150HV可用于小數(shù)N分頻或整數(shù)N分頻PLL頻率合成器。因此，可以將VCO頻率除以1、2、4、8或16，以獲得最低至31.25 MHz的輸出頻率。
ADF4150HV的集成電荷泵所需的高壓可以通過(guò)ADP1613 dc-dc轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，而不會(huì)影響PLL的性能。ADP1613用作開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，集成了功率晶體管，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)20 V的輸出電壓。通過(guò)使用額外的外部元件，尤其是通過(guò)外部功率晶體管，也可以實(shí)現(xiàn)更高的輸出電壓。
ADP1613的開(kāi)關(guān)頻率可在650 kHz至1.3 MHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從而提供更好的瞬態(tài)響應(yīng)和簡(jiǎn)單的噪聲濾波。通常，建議使用大于1 MHz的開(kāi)關(guān)頻率，以便PLL濾波器可以降低開(kāi)關(guān)噪聲。
當(dāng)使用集成的RF分頻器時(shí)，具有ADF4150HV的PLL頻率合成器具有超寬帶PLL功能。該部分還涵蓋了62.5 MHz至2 GHz的頻率。使用相同的PLL設(shè)計(jì)，可以為系統(tǒng)中的許多不同硬件平臺(tái)生成不同的頻率。但是，如果您使用各種類型的VCO，則在設(shè)計(jì)中合并相應(yīng)的環(huán)路濾波器是有意義的。這樣，您可以確保鎖相環(huán)可靠地運(yùn)行。
由于其相對(duì)較寬的輸出頻率范圍和較高的輸出功率，ADF4150HV的每個(gè)RF輸出上也都需要一個(gè)小的濾波器結(jié)構(gòu)。一個(gè)27nH電感與一個(gè)50Ω電阻并聯(lián)可用于高達(dá)3 GHz的頻率。電阻器提供了定義的輸出阻抗。較低的電感會(huì)導(dǎo)致頻帶擴(kuò)展到較低的范圍。
PLL頻率合成仿真工具ADIsimPLL還支持HF功能塊和建模的高頻信號(hào)鏈的開(kāi)發(fā)。它使設(shè)計(jì)人員能夠模擬可能影響PLL性能的重要非線性效應(yīng)。例如，頻率合成過(guò)程中的雜散（雜散頻率）。
還可以在一個(gè)外殼中提供適用于較大頻率范圍（即PLL，濾波器和VCO）的集成解決方案。但是，由于不同零件之間的距離太近，這些解決方案可能導(dǎo)致不希望的耦合。離散的設(shè)計(jì)以及由此產(chǎn)生的物理隔離將這種風(fēng)險(xiǎn)降到最低。