C波段频率源设计及性能分析

宋小勇，宋里瑾，王晓远

（中国空空导弹研究院 河南 洛阳 471009）

随着通信技术的不断发展，系统对频率源提出了越来越高的要求。高频段、低相位噪声、高稳定度是频率源的发展方向。本文设计一种C波段的锁相环频率源，具有低噪、高稳定度的特点，并最终应用于C波段的调制系统中。

1 锁相环频率源原理

锁相环是一种相位负反馈系统，它通过鉴相器将压控振荡器与参考振荡源的相位差转变为误差电压，控制压控振荡器的频率，使压控振荡器与参考频率源的相位差锁定在某一固定值[1]。其原理如图1所示。

图1 锁相环频率源原理图Fig.1 PLL frequency generator schematic diagram

2 频率源分析

对本振频率源的基本要求是稳定性高和相位噪声低。常用相位裕度来对锁相环路进行稳定性判决，相位裕度φ由式（1）求得[2]：

其中，H0（jωc）是锁相环路的开环传递函数。在工程应用中，为了满足环路的稳定性要求，相位裕度一般都取40～50°之间[3]。

当环宽小于参考时钟频率的1/20时，可以把电荷泵锁相环看作是一个连续时间线性系统[4]。对其总输出噪声的分析可由各噪声源在输出端的噪声叠加得出，环路的相位噪声模型如图2所示。

图2 环路相位噪声模型Fig.2 Model PLL phase noise

图中 θref，θPD，θlpf，θvco，θdiv分别为参考晶振、鉴相器、低通滤波器、VCO、分频器引入的噪声源。各部分噪声可看成是独立的不相干的噪声源，得到输出噪声功率谱密度函数：

其 中 Sref，SPD，Slpf，SVCO，Sdiv为 各 模 块 的 噪 声 功 率 谱 密 度 ，G（s）是锁相环的开环传递函数，N是环路的分频数。由上式可以看出，分频数越大噪声就越大。在输出频率确定的情况下，提高鉴相频率，可以有效降低锁相环的相位噪声。……