宽带低相噪高分辨率频率合成器设计

摘要 利用锁相环(PLL)和YTO相结合，设计出一种频率合成器。实现了3～7 GHz的频率覆盖和低于0．2 Hz的频率分辨率。全频段相噪均在-108 dRc／Hz@10 kHz以下，具有较高的实用价值。
关键词 频率合成器；锁相环；DDS；YTO

在微波领域，频率合成器是构成测量仪器的核心器件。高性能的测量仪器需要具备大带宽、高分辨率和低相位噪声。而传统的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)是窄带器件，不能满足宽频段、低相噪的要求。由于YIG调谐振荡器(TIG Tuned Oscillators，YTO)具有宽频率范围、良好的低相位噪声和线性调谐等方面的优势而成为频率合成器的首选器件。

1 方案设计
设计选用中国电子科技集团第41研究所研制的YIG调谐振荡器(YTO)产生3～7 GHz的输出频率。利用美国Analog Devices公司生产的高速直接频率合成器的DDS芯片AD9858实现小数分频，产生频率的微步进。原理框图如图1所示。

YTO振荡器输出3～7 GHz的频率经8分频后作为AD9858的参考时钟。经分频、滤波后与100 MHz参考频率fr进行鉴相，这里鉴相器用的是AD9858内部集成的鉴相器，鉴相器输出的是电流信息，它由内部集成的可编程快锁充电泵(CP)提供，这个电流不能直接驱动YTO，所以经过二阶的无源环路滤波器转换成误差电压，经YTO驱动电路后控制YTO调频线圈，来锁定YTO的频率。

2 关键电路设计
2．1 YTO驱动电路设计
YTO内部的调谐磁场由主线圈和副线圈两部分组成，前者感抗大、调谐慢，但调谐灵敏度高、调谐范围宽、高频干扰抑制好；后者感抗小从而调谐范围窄，但调谐速度快，并因为调谐灵敏度低而具有良好的干扰抑制特性。二者结合使用既可以实现大范围的调谐，又可以获得较快的频率跟踪性能。