采用100MHZ恒溫晶振設計微波鎖相頻率源

李國強

摘要：此次研究重點分析微波頻率源的相關設計，結合目前100MHZ恒溫晶振作為重要的參考源，明確鎖相環路的構成，在高達2GHZ的頻點上，更好的發揮出應有的相噪性能，保證體現出極高的頻率穩定度及良好的溫度穩定性，在更大的范圍內使用微波信號源。

關鍵詞：100MHZ；恒溫晶振設計；鎖相環；頻率源

微波信號源本身就屬于微波系統的重要組成部分，因此可以在一定程度上決定并且對系統的相關性能起到制約作用。信號源的質量經過適當的改善，可以有效的提升整體系統的噪聲性能，這樣便能發揮出良好的使用價值。鎖相環頻率也是微波固態源的重要形式，體現出較高的頻率穩定度，較低的相位噪聲等特點，因此在雷達、通信及遙控遙測等多個方面得以廣泛應用。

一、100MHZ恒溫晶振設計微波鎖相頻率源的概述

（一）Q3236

在實際設計的過程中，選用了Qualcomm公司的高性能鎖相環頻率合成器芯片Q3236為鑒相器及反饋回路上的N分頻器，由此可以完成對參考頻率的分頻。這種Q3236的相噪較低，鑒相頻率達到了1MHZ的時候，相位噪聲抵達154dBc/Hz@100HZ的時候，鑒相的輸入頻率也高達2GHz，體現出低功耗的特點，擁有著較高的鑒相靈敏度，內置可編程分頻器發揮出應有的實效。經過適當的分析內部分頻器編程，可以更快的實現輸出頻率步進。Q3236擁有著失鎖指示，主要是通過單一的+5V完成供電，其擁有的寬輸入信號強度范圍：10dBm至+35dBm。其中也涵蓋了鎖相環頻率源實際需要的除VCO和LPF之外的其他的基本單元。應用的頻段主要是從UHF到達至L波段。

（二）鑒相頻率的選擇

利用Q3236設計鎖相頻率源的時候，一般是更加關注鑒相頻率的選取過程，由于鑒相頻率本身呈現出不同，加之Q3236貢獻的噪聲水平也有所差別，使得Q3236的鑒相頻率逐漸的從0.25MHZ升到了100MHZ的范圍，相位噪聲基底也開始由原先的154dBc/HZ降至122dBc/HZ。由此可以看出，為了更好的在輸出端及時的獲取到更優良的相噪性能，需要將鑒相頻率的取值控制在較低的水平。一般來說，鑒相頻率并不是越低越好，更重要的是結合整體分析，Q3236已經實現了從FPD到FVCO的N倍頻，在倍頻信號相噪性能逐步惡化的過程中，鑒相的頻率越低的時候，N就呈現出變大的趨勢，相應的惡化程度就越大。鑒相頻率的選擇還是應該綜合分析相關因素。輸出的頻率已知是2000MHZ的時候，通過結合著計算的結果對比，發現當鑒相頻率是20MHZ的時候，輸出的信號理論相噪值發生了變化，輸出的信號達到相噪最佳性能的時候，實際的設計的過程中還是應該留出一定的裕量，否則將難以達到最佳的理論值。

（三）環路濾波器的選擇

PLL頻率源的設計中最為關鍵的工作就是合理的選擇并設計環路的濾波器，這樣就可以保證頻率合成器指標始終兼顧著相位噪聲、雜散抑制、跳頻速度等多個方面，保證更好的達到最佳的綜合性能。在具體設計的過程中，鎖相環一般選用了二階環，環路濾波器都是選用了有源比例積分濾波器，由此才可以構成二階二型環。

二、鎖相頻率源設計的擴展、改善探討

（1）功能的擴展。

依照反饋回路上固定分頻的外置予分頻器，能夠及時的將輸出的頻率最大值更好的在2GHZ提升到15GHZ之上。

（2）電磁兼容性。

擁有著極好的電磁兼容EMC設計，可以更好的提升整個系統的性能，通過適當的改善系統穩定性、相噪性能、雜散抑制等指標，可以明確在元件選擇及電路設計的時候最需要注意的問題。

a.電阻。

存有引腳的電阻，還是應該及時的選擇碳膜電阻，另外再考慮金屬膜電阻，最后便是線繞電阻。線繞電阻本身擁有著良好的電感特性，所以對頻率相對敏感的應用過程中還是不可選取，更適合應用在大功率處理電路中。在放大器設計的時候，電阻的選擇很關鍵。受到高頻環境的影響，電阻阻抗還是會因為電感效應呈現出增加的趨勢，增益控制電阻位置還是需要盡可能的靠近到放大器電路中，由此減少電路板的電感。在上下拉的電阻電路中，晶體管或者是集成電路的快速切換往往能夠有效的提升上升的時間，為了更好的減小這類影響，需要及時將偏置電阻適當的靠近存在著有源器件和電源和地，由此減少PCB連線的電感問題。重視穩壓和參考電路的相關問題，明確直流偏置電阻實際需要靠近有源器件的過程，這樣便能對瞬態響應時間做到更加細致的規劃。

b.電容。

電容種類繁多，一般最為常見的就是鋁質電解電容、陶質電容及云母電容等等。絕緣材料的差異會使得頻響特性有所不同，這樣便會使得一種類型的電容適用于特定的場合。電容除了必備的電容值之外，還是擁有一個固定的參數，電容在低于諧振頻率的時候，一般會呈現出容性，在高于諧振頻率的時候，呈現出一定的感性。為了保證電容呈現出去耦效果，可以將多個去耦電容并聯，從而可以提供更寬的頻譜范圍，提供更寬的布線，由此減小布線自感，起到良好的去耦效果。

c.電感。

電感存有開環電感及閉環電感兩種形式，開環電感相應的磁場往往需要根據空氣的閉合情況作出判斷，閉環電感的磁場一般則是通過磁芯的閉合過程體現出相應的效果。電感一般不會有寄生感抗，所以不管是表貼型還是引線型都不會存有太大的差異。電感的磁芯材料通常來說包含著兩種，主要是鐵和鐵氧體。鐵磁芯電感通常被用于低頻場合中，鐵氧體磁芯電感則主要是運用至高頻場合中。

三、結語

運用100MHZ恒溫晶振設計微波鎖相頻率源可以更好的發揮出實際的作用，通過明確鎖相的意義，可以發現其就是相位同步的自動控制，完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環系統，呈現出這個鎖相環路相位負反饋控制系統，發揮出跟蹤輸入信號的重要作用。

參考文獻：

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