隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)發(fā)展迅速，RF技術(shù)和射頻器件深深根植于我們的生活，沒有它們，現(xiàn)代文明可能就不會存在。對于無線電設(shè)計人員來說，前端設(shè)備的小型化、高性能以及高速數(shù)據(jù)吞吐量的技術(shù)要求給系統(tǒng)設(shè)計帶來了巨大挑戰(zhàn)。作為一家擁有涵蓋整個RF領(lǐng)域的專門知識和技術(shù)的公司，亞德諾半導(dǎo)體（ADI）憑借廣泛的RF、微波和毫米波解決方案的組合，以及深厚的系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)知識，引領(lǐng)業(yè)界有效降低了RF和微波設(shè)計的復(fù)雜性，并降低了開發(fā)成本。本文將重點關(guān)注本振(LO)和時鐘產(chǎn)生信號鏈，展示ADI如何降低設(shè)計復(fù)雜性并縮短開發(fā)時間，并讓一般RF更好地為RF設(shè)計系統(tǒng)所用。

LO和時鐘主信號鏈及時鐘緩沖的備選應(yīng)用案例

上圖是一個相當?shù)湫偷腖O和時鐘主信號鏈。左側(cè)有參考時鐘，其為LO或JESD函數(shù)生成解決方案提供參考源。順著主信號路徑，首先有超低相位噪聲信號，它是LO或時鐘產(chǎn)生解決方案的輸出，通過該信號鏈中的可調(diào)諧濾波器——這里的可調(diào)諧濾波器用于移除信號源中存在的一些潛在諧波，可能會影響后續(xù)混頻過程中的上下變頻。之后，是一個低相位噪聲放大器，該器件會盡最大努力為信號添加增益，但它會優(yōu)化近載波或1/f相位噪聲性能。這對于為混頻器提供LO源以進行上下變頻至關(guān)重要，因為放大器增加的額外相位噪聲，特別是近載波相位噪聲，最終會影響發(fā)射器的動態(tài)范圍性能。因此，這里需要使用低相位噪聲放大器來優(yōu)化。隨后，是一個開關(guān)，上圖展示的是單刀雙擲開關(guān)，但也可能要使用更多開關(guān)，比如四擲或八擲開關(guān)。開關(guān)可以用于校準信號，用于將信號路由到校準功能的另一個源，然后再次路由回來，例如送到混頻器的LO源。請注意主路徑上面時鐘緩沖器所在的模塊，這是一個備選應(yīng)用案例。因為在更高速數(shù)據(jù)通信中，對數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求使得采樣速率越來越高。因此，系統(tǒng)需要提供非常高頻率、極低抖動的時鐘源，尤其是針對那些RF ADC。

ADI開發(fā)的很多技術(shù)都被用于LO產(chǎn)生和饋送混頻器的PLL VCO技術(shù)，而且用于時鐘產(chǎn)生使用場景。回到寬帶頻率覆蓋，這是通用平臺設(shè)計的關(guān)鍵點之一，ADI所做的寬帶頻率覆蓋范圍涵蓋了整個LO和時鐘信號鏈。每個器件的開發(fā)都是為了可以在很多情況下覆蓋盡可能多的頻率，同時保持良好的性能，從而創(chuàng)建通用平臺設(shè)計，以便客戶可以為不同頻率的不同平臺需求復(fù)用信號鏈。基于此，接下來我們看看ADI產(chǎn)品組合中的PLL和VCO以及PLL VCO集成技術(shù)。

在系統(tǒng)中實現(xiàn)LO生成有不同的方法。首先是分立VCO或電壓控制振蕩器，ADI提供了非常多的窄帶和寬帶VCO產(chǎn)品，例如帶輸出分頻器的VCO HMC1160至HMC1169系列，該系列覆蓋了8.45 GHz至14.07 GHz頻率，其優(yōu)點在于窄帶，能夠?qū)⑾辔辉肼晝?yōu)化得盡可能低；HMC733是一款非常受歡迎的寬帶10到20 GHz VCO，集成諧振器、負電阻器件和變?nèi)荻O管，由于該器件采用單芯片結(jié)構(gòu)，因此在溫度范圍內(nèi)具有出色的輸出功率和相位噪聲性能，其擴展版ADF5709頻率范圍更寬，從9.85 GHz一直到20.5 GHz，在100 kHz偏置時保持83 dBc/Hz相位噪聲，而無次諧波音，該器件寬頻率調(diào)諧范圍和低相位噪聲支持適合各種頻段的鎖相環(huán)解決方案，同時限制了對多個窄帶VCO的需求；四頻段VCO HMC8074的優(yōu)點是將VCO分為四個不同的窄帶VCO，現(xiàn)在只能一次操作一個頻段，但由于它是窄帶，所以相位噪聲非常低，本質(zhì)上就是利用寬帶器件實現(xiàn)了非常低的相位噪聲，此外，這些器件內(nèi)部有基波振蕩器。因此沒有內(nèi)部倍頻，不會產(chǎn)生不需要的子諧波音。

其次是鎖相環(huán)（PLL），如果用戶決定實現(xiàn)分立PLL和分立VCO，則需要上述提到的器件，ADI可以提供100多種PLL產(chǎn)品，有整數(shù)N分頻PLL、小數(shù)N分頻PLL，以及可同時提供整數(shù)N分頻和小數(shù)N分頻功能的PLL。HMC703是最受歡迎的8 GHz小數(shù)N分頻PLL之一，該器件的優(yōu)點之一就是提供雷達解決方案所必需的掃描功能。

當今更流行的方法是將PLL和VCO集成在一個封裝中。傳統(tǒng)單封裝PLL VCO的缺點之一是內(nèi)部存在倍頻器，例如基波VCO核心為6.8 GHz，內(nèi)部倍頻器將其提升到13.6 GHz，這時此倍頻器會插入不需要的次諧波。ADI提供的ADF4371和ADF4372內(nèi)部集成了跟蹤濾波器，這是業(yè)界的一項新技術(shù)，跟蹤濾波器會消除內(nèi)部倍頻器產(chǎn)生的干擾次諧波。

ADF4371是ADI最寬頻段、最高頻率的PLL VCO，集成到單個封裝中，工作頻率從62.5 MHz一直到32 GHz。除了寬帶、高頻率和跟蹤濾波器之外，ADF4371還提供整數(shù)N分頻和小數(shù)N分頻工作模式，具有非常高的品質(zhì)因數(shù)，PFD工作頻率最高可達250 MHz。如果內(nèi)部跟蹤濾波器不能像用戶期望的那樣抑制內(nèi)部倍頻器所產(chǎn)生的次諧波，客戶還可以使用可調(diào)諧帶通濾波器系列來抑制諧波，例如搭配模擬受控可調(diào)諧帶通濾波器ADMV8416/8420/8432，將其放在ADF4371的輸出端，便可更好地抑制次諧波。ADF4372幾乎與ADF4371相同，最大的不同是內(nèi)部沒有x4倍頻器，而是一個x2倍頻器，使頻率提升到最多16 GHz。ADF4372的工作頻率最低可達62.5 MHz。如果是不需要產(chǎn)生高于16 GHz的LO，建議使用ADF4372。

帶集成 VCO 的微波寬帶合成器ADF4371功能框圖

ADI的另外一款高頻PLL VCO是ADF5610，該器件是最低相位噪聲的高頻PLL VCO，與ADF4371和ADF4372的不同之處在于該器件內(nèi)部沒有跟蹤濾波器，所以其次諧波抑制性能要弱一些，不過搭配ADMV8416或ADMV8420可以提高該性能的表現(xiàn)。ADF5610的優(yōu)勢在于它能在小數(shù)和整數(shù)模式下工作。與ADF4371和ADF4372相比，可為客戶提供更大的靈活性，并且還能輸出更高的輸出功率。更重要的一點是，ADF5610內(nèi)部的PLL引擎實際上是基于HMC703/704系列，如果用戶擁有使用HMC703/704的經(jīng)驗，那么遷移到ADF5610就很容易。

針對降低設(shè)計復(fù)雜性和縮短開發(fā)時間的目標，在LO和時鐘主信號鏈中如何選擇LO生成的方法只是實現(xiàn)整個目標的一部分，ADI廣泛的分立式VOC、PLL和集成VCO的PLL方案，為LO生成提供了不同的解決方案。與分立式混合型頻率合成器/VCO配置相比，ADI集成VCO的PLL產(chǎn)品具有行業(yè)較領(lǐng)先的頻率覆蓋范圍和性能，是微波/毫米波無線電、測試設(shè)備、微波傳感器、光纖通信以及軍事通信和傳感器等許多小尺寸應(yīng)用的理想之選。