CN0147

利用低噪声LDO调节器ADP150为ADF4350 PLL和VCO供电,以降低相位噪声
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电路功能与优势

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本电路利用低噪声、低压差(LDO)线性调节器为宽带集成PLL和VCO供电。宽带压控振荡器(VCO)可能对电源噪声较为敏感,因此,为实现最佳性能,建议使用超低噪声调节器。

图1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL和VCO ADF4350,它可产生137.5 MHz至4400 MHz范围内的频率。ADF4350采用超低噪声3.3 V ADP150调节器供电,以实现最佳LO相位噪声性能。



图1. 调节器ADP150与ADF4350相连(原理示意图,未显示所有连接和去耦) 

ADP150 LDO的积分均方根噪声较低,仅为9 μV(10 Hz至100 kHz),有助于尽可能降低VCO相位噪声并减少VCO推压的影响(等效于电源抑制)。

图2是评估板的照片,它利用ADP150 LDO为ADF4350供电。ADP150代表业界噪声最低、封装最小、成本最低的LDO,采用4引脚、0.8 mm x 0.8 mm、0.4 mm间距WLCSP封装或方便的5引脚TSOT封装。因此,在设计中加入ADP150对系统成本和电路板面积的影响极小,但却能显著改善相位噪声性能。



图2. 采用低噪声调节器ADP150的评估板EVAL-ADF4350EB1Z B版

电路描述

X+
ADF4350是一款宽带PLL和VCO,包括三个独立的多频段VCO。每个VCO大约覆盖700 MHz的范围(VCO之间有一些重叠)较低频率由输出分频器产生。

VCO推压的测量方法是将一个稳定的直流调谐电压施加于ADF4350 VTUNE引脚,然后改变电源电压,测量频率变化。推压系数(P)等于频率变化量除以电压变化量,如表1所示。

表1:ADF4350 VCO推压
VCO 频率(MHz)  VTune (V)  VCO 推压(MHz/V) 
 2200  2.5  0.73
 3300  2.5
 1.79
 4400  2.5
 5.99


在PLL系统中,如果VCO推压较高,则意味着电源噪声会降低VCO的相位噪声性能;如果VCO推压较低,则电源噪声不会显著降低相位噪声性能。然而,对于高VCO推压,高噪声电源会对相位噪声性能产生较大的影响。

实验显示,推压在4.4 GHz VCO输出频率时达到最大,因此我们比较了在该频率时采用不同调节器的VCO性能。ADF4350的A版评估板使用 ADP3334LDO调节器。此调节器的积分均方根噪声为27 μV(从10 Hz积分到100 kHz)。相比之下,EVAL-ADF4350EB1Z B版所用的ADP150只有9 μV。为了测量电源噪声的影响,借助一个窄PLL环路带宽(10 kHz)对VCO相位噪声进行更深入的探究。图3为该设置的示意图。



图3. ADF4350测量设置 

欲了解关于输出噪声密度与频率关系的更详细分析,请参考ADP3334和ADP150的数据手册。

图4显示,ADP3334调节器的噪声谱密度在100 kHz偏移时为25 nV/√Hz。ADP150则为100 nV/√Hz(图5)。



图4. ADP3334输出噪声谱

电源噪声引起相位噪声性能下降的计算公式如下: CN0147_equation1

其中,L(LDO)是在频率偏移fm时调节器对VCO相位噪声的噪声贡献(dBc/Hz);P为VCO推压系数(Hz/V);Sfm为给定频率偏移下的噪声谱密度(V/√Hz);fm为测量噪声谱密度所对应的频率偏移(Hz)。



图5. ADP150输出噪声谱 

然后,电源的噪声贡献与VCO的噪声贡献(其本身利用极低噪声电源进行测量)以RSS方式求和,得出采用给定调节器时VCO输出端的总噪声。

这些噪声以RSS方式求和,得出期望的VCO相位噪声: CN0147_equation2

本例选择100 kHz的噪声谱密度偏移,并使用6 MHz/V的推压系数,带理想电源的VCO噪声取值−110 dBc/Hz。

表2. VCO噪声的计算和测量
ADP3334 ADP150
调节器的噪声贡献
(nV/√Hz)
150 25
调节器的噪声贡献
(dBc/Hz)
-104 -119.5
VCO输出端的总计算噪声
(dBc/Hz)
-103 -109.5
100 kHz偏移时VCO噪声测量结果
(dBc/Hz)
-102.6 -108.5




图6. 在4.4 GHz、采用ADP3334调节器时ADF4350的相位噪声 

通过专用信号源分析仪(例如Rohde & Schwarz FSUP)来比较VCO相位噪声。在100 kHz偏移时,ADP3334的测量结果为−102.6 dBc/Hz(图6);而采用相同配置时,ADP150的测量结果为−108.5 dBc/Hz(图7)。积分相位噪声也从1.95°降为1.4°均方根值。测量结果与计算结果具有非常好的相关性,清楚表明了利用ADP150为ADF4350供电的优势。



图7. 在4.4 GHz、采用ADP150调节器时ADF4350的相位噪声

常见变化

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如果需要,可以增加调节器,以便在电源之间实现更好的隔离。此外,也可以利用一个ADF150调节器为ADF4350整个器件供电。不过此时应当小心,确保不要超过单个ADP150调节器的最大额定电流。如果选择ADF4350的最低输出功率设置,这种配置是可行的。

电路评估与测试

X+
This circuit note, CN-0147, uses the EVAL-ADF4350EB1Z board for evaluation of the described circuit, allowing for quick setup and evaluation. The EVAL-ADF4350EB1Z board uses the standard ADF4350 programming software, contained on the CD that accompanies the evaluation board.

Equipment Needed


Windows® XP, Windows, Vista (32-bit), or Windows 7 (32-bit) PC with USB Port, the ADF4350EB1Z, the ADF4350 programming software, 5.5 V power supply, and a spectrum analyzer such as a Rhode and Schwartz FSUP26. See this circuit note CN-0147 and UG-109 user guide for evaluation board EVAL-ADF435EB1Z and the ADF4350 data sheet.

Getting Started


This circuit note, CN-0147, contains a description of the circuit, the schematic, and a block diagram of the test setup. The ser guide, UG-109, details the installation and use of the EVAL-ADF4350 evaluation software. UG-109 also contains board setup instructions and the board schematic, layout, and bill of materials.

Functional Block Diagram


This circuit note, CN-0147, contains the function block diagram of the described test setup in Figure 3.

Setup and Test


After setting up the equipment, standard RF test methods should be used to measure the spectral purity of the output signal.

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产品

描述

可提供样片的
产品型号

ADF4350 集成VCO的宽带频率合成器

ADF4350BCPZ

ADP150 超低噪声、150 mA CMOS线性调节器

ADP150ACBZ-1.8-R7

ADP150ACBZ-2.5-R7

ADP150ACBZ-2.6-R7

ADP150ACBZ-2.75R7

ADP150ACBZ-2.8-R7

ADP150ACBZ-2.85R7

ADP150ACBZ-3.0-R7

ADP150ACBZ-3.3-R7

ADP150AUJZ-1.8-R7

ADP150AUJZ-2.5-R7

ADP150AUJZ-2.65-R7

ADP150AUJZ-2.8-R7

ADP150AUJZ-3.0-R7

ADP150AUJZ-3.3-R7

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