ADI公司最新的PLL⁄VCO器件ADF4371提供极为出色的低相位噪声和杂散性能
简介
随着人们对通信系统的频率带宽、吞吐量和动态范围的需求日益提高，同时还要求毫米波5G使用更高的天线频率，因此对于通信系统或混合信号系统中使用的本地振荡器(LO)或时钟的质量也分别提出了更高的要求。
新推出的集成压控振荡器(VCO)的锁相环(PLL)ADF4371以及类似的 ADF4372, 都充分体现了ADI公司为满足这些严苛的应用需求所付出的努力。
图1. ADF4371框图。
频率覆盖范围
为了尽可能扩大频率覆盖范围，ADF4371/ADF4372 的VCO可覆盖4 GHz至8 GHz的倍频范围，此外，通过在输出端使用分频器，进行1/2/4/8/16/32/64分频，能够在主输出端RF8实现62.5 Mhz至8000 MHz之间的全频覆盖。同时提供完全相同的第二个输出，支持用户驱动转换器时钟。对于8 GHz输出频率，在100 kHz偏置下，VCO的开环相位噪声为–109 dBc/Hz。
直到最近，生成高频率还需要使用外部倍频器，该器件通常采用GaAs工艺制造，通常需要进行额外的滤波和放大，以解决滤波带来的问题。
为了获得更高频率，ADF4371/ADF4372集成了一个倍频器，通过差分引脚RF16提供8 GHz至16 GHz的输出。ADF4371还配有四倍频器，在差分输出端RF32生成16 GHz至32GHz的输出。为了较大限度降低生成的倍频器噪声，ADF4371/ADF4372内置跟踪滤波器，以优化实现所需频率的功率等级，同时抑制倍频器噪声。在二倍频输出端，VCO馈通噪声为–45 dBc。在四倍频输出端，噪声被抑制在约为–35 dBc的水平。
适合转换器时钟应用的出色PLL性能
对PLL电路实施改进意味着ADF4371/ADF4372产品的PLL品质因数可以低至–234 dBc/Hz，在同时具有–127 dBc/Hz的低1/f噪声（在1 GHz标称输出频率下，10 kHz偏置）时，用户就可以实现低至40 fsrms抖动量（1 kHz至100 MHz积分范围）的时钟，非常适合要求严苛的转换器时钟应用。为了尽可能减少环路中可能出现的电阻噪声， 建议使用简单的低通滤波器，并使用小阻值。要实现低噪声目标，必须使用高频率（250 MHz，或在使能基准频率倍频器时，使用125 MHz）超低噪声的参考源。对于整数N分频应用，鉴频鉴 相器(PFD)的最大工作频率可达到 250 MHz。倍频VCO差分输出RF16可直接连接至一些ADI转换器，无需使用会增加成本和提高性能的外部巴伦电路。6.144 GHz至12.288 GHz的性能不会恶化。
图2. 6.144 GHz时的RMS抖动。
通信和仪器仪表LO
对于无线和仪器仪表应用，ADF4371/ADF4372内置的39位分辨率∑-∆调制器，可以实现0Hz频率误差的亚毫赫兹级(submillihertz)的分辨率。在这种情况下，ADF4371 PFD能够以最大160 MHz PFD频率运行。在这些应用中，ADF4371/ADF4372提供< 48 fs的rms抖动。ADF4371还具有行业较领先的PLL杂散性能，PFD杂散低至–100 dBc，未滤波的整数边界杂散低至–55 dBc。这种性能水平极大简化了频率规划工作，可缩短产品上市时间。许多小数N分频PLL和VCO器件采用罕有的小数N分频杂散机制，会导致额外的未知特性和频率规划工作，由此增加复杂性和成本。
图3. 12.288 GHz时的RMS抖动。
小尺寸
ADF4371/ADF4372 PLL/VCO器件采用7 mm × 7 mm、48引脚基板栅格阵列(LGA)封装。只需极少的额外去耦，因此可以使用小型解决方案实现出色性能。
为实现优质性能，建议使用优质低压差(LDO)稳压器，例如 ADM7150 或 LT3045 VCO可以采用3.3 V或5 V电源，剩余部分的电路则由3.3 V电轨供电。ADF4371可以使用ADIsimPLL™进行仿真，以帮助用户设计实现整个PLL系统所需的适当外部元件电路。
结论
ADF4371具有行业较领先的频率覆盖范围、性能和小尺寸，可以满足新通信和仪器仪表系统的高要求。
作者
