S波段频率综合器的研究

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摘要频率合成器是现代通信系统的重要组成部分，设计高性能的频率合成器是通信技术中一个重要的研究方向。锁相环频率合成技术具有容易集成、功耗低、无锁定相差、低相位抖动等优点。本设计采用锁相原理设计S波段频率合成器，就锁相频率合成技术分析了锁相环路PLL的组成及工作原理、相位数学模型及工作过程，并对锁相频率合成的相位噪声性能进行了分析。最后给出了锁相频率合成器的设计方法，选择PLL芯片ADF4156，有源环路滤波器和压控振荡器芯片ROS-3800-119+来构成频率合成器电路，并使用ADIsimPLL软件进行仿真，由仿真结果分析可知频率合成器达到了工作频率：2.75-3.25GHz，相位噪声-60dBc/Hz(100Hz)的设计指标，验证了本文给出的设计方法是正确的。61014

毕业论文关键词：锁相环路频率合成器相位噪声

Title Study of S-Band Frequency Synthesizers

Abstract Frequency Synthesizer plays an important part in the modern communication systems. Design high-performance frequency synthesizer is a very promising research direction. Phase lock-up loop frequency synthesizer provides advantages such as friendly-integrated, low consumption, lock-free differ ans low-phase jitter. This design employ the theory from phase lock-up to build a S-band frequency synthesizer. Analysis the constitute of phase-lock loop PLL circuitry, mathmatical model of phase and its working process from phase-lock frequency synthesis technology, and combined with the noise analysis of phase-lock frequency synthesis. Finally, the design method of phase-lock frequency synthesis together with test results come out as final conclusion.We choose PLL chip ADF4156O passive loop filter and the voltage-controlled oscillator chip ROS-3800-119+ to form frequency synthesizer circuit,then and use the ADIsimPLL software simulation,we can known from the analysis of simulation results of frequency synthesizer meets the design requirement: operating frequency: 2.75~3.25GHz,phase noise: -60dBc/Hz(100Hz), which firmly prove the validity of our design approach.
Keywords phase-lock loop frequency synthesizer phase noise

1绪论·1

1.1频率合成器的发展及研究现状·1

1.2本论文的研究目的·2

1.3论文的安排·2

2频率合成技术基础理论·4

2.1频率合成技术的基本概念·4

2.2频率合成器的主要性能指标·4

2.3锁相频率合成技术的理论基础···6

2.4本章小结16

3S波段频率合成器的设计17

3.1本设计中频率合成器的技术指标17

3.2系统芯片的选择17

3.3本章小结··25

4S波段频率合成器的电路设计与仿真26

4.1仿真结果中设计指标的分析··29

4.2仿真结果中相位噪声的分析29

4.3仿真结果中杂散的分析30

4.4实验结果的说明··31

4.5本章小结31

结论·32

致谢·33

参考文献34

1 绪论在无线通信、电子测量、雷达等领域，频率源是雷达、通信、空间电子设备等电子系统的最主要的组成部分，其性能的好坏将直接影响电子系统的性能。频率合成技术是产生频率源的关键技术。设计出性能高、功耗低、频谱纯度高、分辨率高的频率合成器成为雷达通信等电子领域研究的热点。
1.1 频率合成器的发展及研究现状频率合成器是现代通信系统、测试设备、雷达中的关键器件，能够提供精度高、稳定度好的频率。它为很多电子设备和系统提供了高质量且灵活多变的本机振荡器和高性能的测量信号源，在无线电技术领域得到了广泛应用。频率合成技术是在20世纪30年代首次提出来的，大致经历了直接频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字频率合成技术三个阶段。第一阶段是直接频率合成技术，是利用多个晶体振荡器，通过分频、倍频、混频获得一系列组合信号频率源。它的优点是工作频率高、频率捷变快、频率分辨率高以及相位噪声低等。但是它使用了很多的硬件设备，所以体积很庞大，结构很复杂，文献综述并且杂散不好控制，目前仅在地面雷达等很小的领域用到该技术。第二阶段是锁相频率合成技术，锁相环是一个能跟踪输入信号相位的闭环自动控制技术。它应用了自动控制原理中的负反馈，在鉴相器的作用下能够将输出频率的相位始终锁定在输入的参考频率上。锁相频率合成技术在20世纪40年代得到了应用，从此锁相技术获得迅速的发展，并且促进了频率合成技术的发展，相继出现了锁相频率合成器、整数分频锁相频率合成器、小数分频锁相频率合成器等。随着大规模和超大规模集成电路技术的发展，频率合成器的芯片大量出现，使得锁相频率合成器在无线电领域获得了更广泛的应用。第三阶段是直接数字频率合成技术，随着数字电路技术的发展，20世纪90年代出现了直接数字频率合成器。在20多年来，直接数字频率合成技术获得了很大的发展，它完全不同于直接频率合成技术和锁相频率合成技术。直接数字频率合成技术采用数字信号处理，它的输出频率和相位能够在数字信号处理器的控制下精确而迅速地变化，具有较高的频率分辨率、相位分辨能力，以及不同频率之间较快跳变的能力，因此可广泛应用于各个领域。早期的频率合成器主要是由分立元件组成的，随着近些年来计算机技术，微电子技术以及集成电路技术的高速发展，频率合成器更加集成化，所有的元器件都集中到一块很小的芯片上。频率合成器的发展趋势将会是频率更高、系统功能更强大、集成度更高，制作工艺更先进、品种更完善以及成本更低。混合式的频率合成技术可以发挥不同频率合成技术的优点，取长补短，实现优势互补，将会是今后发展的主要趋势。目前生产频率合成器芯片的厂商主要有美国的AD公司、国家半导体公司、Motorola公司、Qualco mm公司；日本的富士通公司以及荷兰的Philips公司。现代通信和电子系统的飞速发展，对频率合成器技术在多个性能方面提出了更高的要求，也使频率合成技术朝着集成化源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/ 、程控化、数字化、小型化、频率范围的宽带化、频率间隔的微细化、频率转换的高速化等方向发展。这也必将促使频率合成技术在现代通信、无线电、信号合成以及仪器仪表等领域得到更加广泛的应用。