基于 HMC833LP6GE 频率源设计

龚伟

本文介绍了一种杂散小、相位噪声好、频率调整步进小以及高稳定度的频率合成器的设计方法，选用了 ADI 公司的HMC833 锁相环芯片进行频率源设计。

频率源在现代通信中是重要组成的部分。其模块的指标直接影响到整个系统的性能。许多人对高性能的频率源，做了深入研究，本文应用 ADI 公司的 HMC833LP6GE 芯片，设计出了高性能、高稳定度和高精度的本振源。

系统设计方案

技术指标：

频率范围：4.8 ～5.8 GHz

相位噪声：≤-95 dBc/Hz@100 kHz，≤-110 dBc/Hz@1 MHz

杂散抑制： ≤-70 dBc

频率步进：1 KHz

输出功率：0～10 dBm

关键器件选型

鉴相器

HMC833LP6GE 是一种低噪声，超宽带的分数锁相环，此芯片特点是集成电压控制振器，芯片基频 1 500 ～3 000 MHz，但芯片内部集成 VCO 的除法器（除以 1/2/4..62）和倍频器，可使芯片最终输出频率范围为 25 ～6 000 MHz，其输出频率符合此设计的频点需求。此芯片在现有芯片中有着优异的相位噪声和杂散性能。这款芯片噪声性能优异，相位噪声小于 -180dBc/Hz，从而在设计本振源中得到广泛的应用。在频率源中，影响环路带宽以内的相位噪声主要是参考信号质量和HMC833 芯片内部噪声。压控振荡器输出的噪声影响着环路带宽以外的相位噪声。

恒温晶振

参考信号的相噪优异直接影响着整個产品输出信号的相噪。因此在评估方案时选择用恒温晶振作为参考信号，这样能够最大程度上避免由于温度变化或其他原因造成晶体振荡器产生温漂问题。因为恒温晶振的特性使它能够长时间不受温度影响而稳定，具有输出频点精确度高、输出信号相噪优异等优点，其恒温晶振凭借着高指标，价格相比其他型号晶振稍微贵些，但是在实际工程中更加偏向于其产品指标。

为了使设计呈现最佳效果，本文对多款恒温晶振（OCXO）进行研究，最终发现一款来自国内某厂商的 100 MHz 恒温晶振。其不仅频率精确度和相位噪声的指标处于较理想状态，而且体积也较小，符合设计需求。该恒温晶振的供电电压为 8V，启动电流小于 500 mA，稳定后电流约为 120 mA。图 2 给出了该恒温晶振在稳定后输出测试结果，可以看出此器件相位噪声十分优异，在偏离载波频率为 100 kHz 处大约为-160 dBc/Hz。该 100 MHz 参考信号的波形为标准的正弦波，谐波分量较小。

关键电路设计

在本振信号源设计时，环路滤波器是必不可少的一部分。它主要作用是可以优化整个电路的特性指标，不仅可以降低晶振和 HMC833 芯片所带来的噪声还可以滤掉载频上的分量，还能优化 VCO 的噪声。

利用了 ADI 公司的 ADISIMPLL 软件可选择最佳环路带宽，该软件能够显示出仿真后的相位噪声，在实际调试中有一定的借鉴意义，并可以分析出环路特性等。如图 3 所示。

测试结果

本次测试环境使用了罗德与施瓦茨公司出品的频谱分析仪 FSV40，该仪器的测试范围为 10 Hz～40 GHz，所测试频率在此范围内。在测试时需要注意保持测试环境符合设备正常使用的范围，所有参与测试的陪测设备和测量仪器均工作正常，属于必须要校准的设备处于已校准状态，如图 4 ～ 图 6 所示。

由图 5 可见，杂散抑制是 70 dBc，此数值对于所应达到的技术指标要求而言是较为符合的。从图 6 可以看出相位噪声，95 dBc/Hz@100 kHz，≤-105 dBc/Hz@1 MHz，相位噪声略差于技术指标，但不影响其产品性能使用。

本方案应用 ADI 公司的 HMC833 鉴相器芯片设计出相位噪声小于 -105 dBc/Hz@1 MHz，杂散抑制 73 dBc 的一款产品。有一定的实际工程意义。