2.2 LPF設計

　　LPF在頻率合成器設計過程中直接影響到頻率合成器的相位噪聲和轉換頻率，由于PFD的輸出不但包含直流控制信號,還有一些高頻諧波成分, LPF通過對電阻電容進行適當的參數設置,可以濾除高頻成分，避免這些諧波對下一級VCO電路產生影響。LPF可以分為有源濾波器和無源濾波器，本文設計的無源LPF將電荷泵輸出電流轉換成控制電壓，同時抑制鑒相頻率的輸出紋波。在電路設計過程中，由于二階LPF很難抑制環路帶寬頻率十倍以上的紋波，所以采用三階LPF^[3]，提高對雜散頻率的抑制程度。三階LPF的電路圖如圖3所示，對于LPF中電容和電阻的數值，可以通過Analog器件公司(ADI)提供的LPF仿真軟件ADIsimPLL和安捷倫公司(注：現更名為是德科技公司)的ADS仿真軟件進行仿真得到，通過設定相關參數，并經過不斷的優化和調試得出LPF各器件參數值為：C1=100pF，C2=1.5nF，C3=20pF，R1=4.3kΩ，R2=6.2kΩ。

2.3 VCO功能介紹

　　VCO作為一個電壓頻率轉換器，由于其能夠產生最終輸出信號頻率，所以在PLL中占有重要地位。VCO是一種具有線性控制特性的調頻振蕩器，其輸出頻率隨控制電壓的改變而改變，使輸出信號頻率向參考信號的頻率接近，直至消除頻差實現鎖定。

　　VCO ^[4]具有相位噪聲、頻率穩定度、頻率范圍、諧波抑制等器件特性。本文從設計指標要求考慮，選取Z-Communications公司的CRO2000作為壓控振蕩器，由于該器件具有較低的相位噪聲、很好的諧波抑制、較好的線性度以及容易焊接的器件封裝，故選取該器件作為PLL的VCO，并在實際應用中取得良好的性能。

2.4 射頻通路設計

　　由于VCO輸出負載阻抗為50Ω，故要求2GHz輸出信號射頻走線阻抗[5]同樣為50Ω，本文印制板使用疊層的方式，其中第一層介質材料為Rogers4350B，板厚為20mil，介電常數為3.48，通過仿真軟件Polar Si9000計算得到射頻走線寬度為40mil。射頻通路設計框圖如圖4所示。

　　本文要求2GHz頻率信號通過Y型電阻式功分器分兩路輸出，并保證其中一路輸出信號功率達到13dBm。由于VCO輸出信號功率較小，需要在通路中加入放大器ERA-5SM，保證輸出功率值，同時為了抑制2GHz信號之外的諧波和非諧波等干擾，需要在兩個通路輸出端加上低通濾波器LFCN-2000。

2.5 鎖相環頻率器電路原理圖及測試結果

　　基于上述鎖相環頻率器各模塊的介紹和設計，最終電路設計如圖5所示。根據圖5所示原理圖，畫出相應的PCB外協加工，將加工的印制板安裝到提前設計好的屏蔽盒中進行測試，安捷倫N9020A測試結果如圖6、圖7所示。其中圖6為輸出信號功率測試結果，圖7為相位噪聲測試結果。

　　由圖6可知，在輸出信號2GHz處功率為14.22dBm，滿足信號功率達到13dBm的要求。同時由圖7可知，輸出信號單邊帶相噪為-103.136dBc/Hz@10kHz處，同樣滿足設計指標。

3 總結

　　頻率合成器在現代通信系統中具有舉足輕重的地位，其性能的好壞決定了通信系統的性能指標。本文基于鎖相環芯片ADF4106設計的頻率器具有低噪聲、低功耗、低成本及電路結構簡單等特點，從而被廣泛應用于無線通信系統領域。

參考文獻：

　　[1]Roland E. Best.Phase-Locked Loops Design, Simulation, and Applications[M].The McGraw-Hill Companies,2003

　　[2]池保勇,余志平,石秉學.CMOS射頻集成電路分析與設計[M].清華大學出版社,2006

　　[3]趙彥芬.頻率合成器環路濾波器的設計[J].無線電工程，2006,36(4):39-41

　　[4]沈軍,郭勇,李志鵬.基于FPGA的DPLL設計與仿真實現[J].微計算機信息,2007,24(5):201-203

　　[5]欒秀珍,房少軍,金紅,邰佑誠.微波技術[M].北京郵電大學出版社,2009