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全球知名的射頻微波MMIC廠商Hittite公司最近推出一系列業(yè)界領(lǐng)先的智能頻綜產(chǎn)品（即內(nèi)部集成VCO 的PLL芯片），其中HMC820，HMC821非常適合應(yīng)用在3G，winmax，LTE等通信市場。
HMC820，HMC821擁有極低的相位噪聲和雜散，在1kHz頻偏處的相噪可達-113dBc/Hz，比市場上最好的同類產(chǎn)品還要好10dBc左右。HMC820，HMC821的雜散典型值低于-90dBc，也優(yōu)于同類競爭對手。
該系列小數(shù)分頻采用了delta-sigma 調(diào)制技術(shù)，可以實現(xiàn)非常小的步進，達到非常低的雜散。在許多應(yīng)用場合，足夠低的雜散可以省去參考DDS（直接數(shù)字頻綜）需求。
極低的近端相噪和雜散使系統(tǒng)可以工作于更寬的環(huán)路帶寬，及更快的頻率跳變。鑒相器的防滑功能對快速頻率跳變是有益的。
功能簡圖及工作原理
工作原理
該鎖相環(huán)芯片包括幾個主要功能模塊
1． 參考端的輸入放大器和R分頻
2． VCO的輸入放大器和N分頻
3． Delta-sigma 小數(shù)調(diào)制
4． 鑒相器
5． 電荷泵
6． VCO子系統(tǒng)
根據(jù)頻綜的類型，這個VCO子系統(tǒng)可以被設(shè)置成以下四種方式：
A， VCO只輸出基頻
B， VCO只輸出1/2分頻
C， VCO只輸出2倍頻
D， VCO可輸出基頻、1/2分頻、2倍頻任一個頻段
任何情況下，PLL的內(nèi)核都運行于VCO的基頻。輸出基頻的頻綜內(nèi)部的VCO就工作于基頻，輸出1/2分頻的頻綜內(nèi)部是由一個工作于基頻的VCO加一個2分頻器構(gòu)成，輸出2倍頻的頻綜內(nèi)部由工作于基頻的VCO和一個2倍頻器構(gòu)成。
VCO子系統(tǒng)
VCO子系統(tǒng)是一個步進調(diào)諧類型的VCO，其拓撲結(jié)構(gòu)如下圖2
這種步進調(diào)諧VCO可以將變?nèi)荻O管的調(diào)諧電壓優(yōu)化到電荷泵的輸出電壓中點附近。因此，電荷泵在全范圍內(nèi)能以低的調(diào)諧電壓和調(diào)諧敏感性來調(diào)諧VCO。這又是構(gòu)成鎖相環(huán)芯片低相噪和雜散特性的原因之一。
簡單的環(huán)路濾波器
PLL的內(nèi)核只運行于VCO的基頻，三個頻段需要的環(huán)路濾波器是相同的。這樣客戶在設(shè)計時，只要按照一個頻段設(shè)計，另外兩個頻段直接借用，大大節(jié)省了射頻工程師的時間和精力。鑒于芯片內(nèi)部獨特的VCO子系統(tǒng)，只需較低的電壓驅(qū)動VCO ，因此，簡單的無源濾波器就可以滿足要求，不需要采用含有運放的有源濾波器，降低了設(shè)計難度，同時節(jié)省了成本。環(huán)路濾波器如下圖3所示，
步進調(diào)諧VCO自動校準(zhǔn)
VCO必須校準(zhǔn)，以便鎖相環(huán)知道對于需要的輸出頻率VCO哪個開關(guān)位置是最優(yōu)的。該鎖相環(huán)芯片支持步進調(diào)諧VCO自動校準(zhǔn)。自動校準(zhǔn)功能固定VCO調(diào)諧電壓在CP輸出電壓的中點，然后測量這個自由運行的VCO頻率同時尋找設(shè)置，這個設(shè)置使得自由運行的輸出頻率最接近需要的相位鎖定頻率。這個過程使得相位鎖定振蕩器鎖定在變?nèi)莨芎苷碾妷悍秶?/FONT>
典型的步進調(diào)諧VCO的調(diào)諧曲線如下圖4，該圖顯示了調(diào)諧電壓怎么保持在一個很窄的范圍，盡管輸出頻率范圍很寬。
這種校準(zhǔn)每改變一次頻率就自動運行一次，因而保證了在不同時間及溫度下的VCO開關(guān)設(shè)置的優(yōu)化選擇。這個過程是自動的，用戶不必知道是哪個開關(guān)發(fā)生作用。精度會影響時間。校準(zhǔn)的原則是尋求最佳的設(shè)置，鎖定VCO在當(dāng)前的編程設(shè)定的頻率，確保VCO保持鎖定并且在全溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)良好，可以做到校準(zhǔn)與溫度無關(guān)。通過設(shè)置寄存器Reg08h[13]可以讓鎖相環(huán)自動重新校準(zhǔn)一次，該鎖相環(huán)芯片也支持VCO手動校準(zhǔn)。
控制軟件及仿真軟件
Hittite提供相應(yīng)的控制軟件及仿真軟件以支持該系列鎖相環(huán)芯片的使用。
控制軟件操作簡單使用方便。只要選擇整數(shù)或分?jǐn)?shù)模式，在頻率輸入框輸入合適的頻率，就可以鎖定。當(dāng)然，如果需要也可以打開后臺的寄存器去讀寫寄存器的數(shù)值。這些寄存器的功能包括電荷泵控制，VCO子系統(tǒng)控制，休眠模式等。
該鎖相環(huán)的仿真軟件，可以根據(jù)環(huán)路帶寬，相位裕度要求給出環(huán)路濾波器的設(shè)計。也可以仿真給定環(huán)路濾波器情況下，鎖相環(huán)的噪聲情況。
該仿真軟件，功能強大，可以仿真多個因素對鎖相環(huán)芯片相位噪聲的影響。包括了VCO，晶振，電荷泵，環(huán)路濾波器，分頻器。運用該仿真軟件，可以為你的設(shè)計提供指導(dǎo)，縮短設(shè)計時間。對多因素的仿真如下圖5：
結(jié)束語
在使用該鎖相環(huán)芯片時Hittite功能強大的仿真軟件，可以給設(shè)計者提供指導(dǎo)，節(jié)省時間。Hittite的智能頻綜產(chǎn)品HMC820，HMC821設(shè)計獨特，擁有同類產(chǎn)品里最好的相噪和雜散，集成度高，外圍電路簡單，非常適合應(yīng)用在3G，Winmax，LTE等通信市場。
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