现代频率综合技术PPT电子课件教案-第二章 频率合成系统指标.ppt

现代频率综合技术 40学时 2学分,合成器设计主要指标,输出频率范围 频率步进 频率稳定度 输出杂散 相位噪声 频率切换时间 方案复杂度不一样，最后成本、尺寸、重量、功耗就不同。,发射机,接收机,第2部分 频率合成器系统分析,无相位噪声，无切换时间要求；-60db杂散用合适的混频频率实现。频率范围： 步进：1khz， 稳定度：10-8/天,第2部分 频率合成器系统分析,同上要求： 切换时间：5ms,第2部分 频率合成器系统分析,步进：100hz， 稳定度：10-12/天 杂散：-90db,2.1 杂散输出,杂散以幅度或频率调制显示存在，原因： 外部辐射进入系统 系统内部互相影响 频率合成过程中产生的不需要频率 杂散信号可以产生频率或相位偏移，从而影响合成器系统稳定度。 am、pm、fm是基础 。,第2部分 幅度调制,第2部分 频率合成器系统分析调频,结论：1.载波与fm边带的频率间隔不变 2. 边带电平提高了20lgn db 应用：pll倍频杂散信号,第2部分 频率合成器系统分析混频器的互调分量,混频器：平移、拓宽频率步进产生部分的窄带范围到一个需要的合成器输出频带。它是一个非线性器件。,使用混频器时，需要考虑如何选取w1，w2以及滤波器，使杂散达到系统要求。,第2部分 频率合成器系统分析混频器输出杂散,第2部分 频率合成器系统分析混频器杂散电平,第2部分 频率合成器系统分析混频器,第2部分 频率合成器系统分析混频器输出频谱,对滤波器要求提高,滤出：1.窄带pll滤出这些杂散信号； 2.选择其他混频频率。,f1=70mhz-70hz,f1=90mhz+90hz,f0,第2部分 频率合成器系统分析倍频器杂散分析,第2部分 频率合成器系统分析倍频器杂散分析 (1)双音信号,第2部分 频率合成器系统分析倍频器杂散分析,上图2倍频器 边带电平提高了20lgn db,3.分频器中的杂散信号,分频过程中产生的杂散信号由某个特定的电路产生 输入输出关系如图2.16，看提供70db隔离 合成过程中的杂散分析 fm进入分频器，边带抑制20lgn db,第2部分 频率合成器系统分析分频器杂散信号,am/pm:输入信号的包络变化转换为他们输出的相位变化，即电路的相位特性（或延迟）由输出信号的瞬时幅度决定（p54）。 发生am/pm转换的电路：限幅器、混频器、电压调节、滤波器、变容管倍频器等。,第2部分 频率合成器系统分析am/pm,第2部分 频率合成器系统分析am/pm,第2部分 频率合成器系统分析电调滤波器的am/pm特性,例：（1）二极管混频器，p55 （2）压控滤波器（电调滤波器），p56,8.测量杂散输出的技术,主要考虑两个问题： 1.测量信号动态范围 2.频率分辨率10hz fig 2.30,第2部分 频率合成器系统分析杂散测量(频谱分析仪）,第2部分 频率合成器系统分析相位噪声,信号通过电子电路，其噪声频谱会改变。研究各种电路所表现出来的相位噪声普通特性、功率电平和频率分布。,频谱包络不对称的原因：a（t）、（t）同时存在，视大信号为干扰，采用小信号分析方法，见p66。频率稳定度的定义。,1.频率源的稳定度-时域、频域。,第2部分 频率合成器系统分析相位噪声,fm噪声谱分析：视为一个以频率b为中心，频偏与fm处频谱幅度成正比的正弦频率调制信号产生的，p67。,思考: fm10hz,如何测试？ 时域中的频率稳定度？ 艾伦方差（自学）,2.噪声类型,f5hz: 散粒噪声、热噪声 散粒噪声：与电流波动有关。 热噪声：自由电子随机热运动（交流电压） 与频率无关，室温下：,高斯分布,高斯分布,确定某器件为满足s/n的最小功率电平： 1/f噪声：接触噪声、剩余噪声、闪烁噪声。与半导体接触表面不平整有关，介质传导中的波动产生,第2部分 频率合成器系统分析振荡器相位噪声模型,模型组成（如图2.34所示） 内部噪声 引入 缓冲放大器 引入 振荡器噪声源： （a） 噪声 （b）加性噪声项 噪声谱如图2.35所示 a.解释图中曲线下降趋势9db6db 0db b.不同振荡器 fa值不同 ( 表2.3),vco, 值较大 由压控端引起的fm噪声. 其中1个现象：非线性调谐元件引起振荡器高、低两端相位噪声差异（如图2.37） 例：某vco, , , 测得其等效电阻 ,在常温下： 等效峰值相位偏移 同理，,振荡器相位噪声频谱图,振荡器相位噪声频谱转折频率,uhf振荡器相位噪声频谱,第2部分 频率合成器系统分析放大器和倍频器中的相位噪声,放大器是n=1的倍频器， 残余噪声 1hz5khz, 变化 内部噪声 热噪声 5khz， 外部噪声：20lgn变化，,第2部分 频率合成器系统分析分频器中的相位噪声,分频器相位噪声频谱,分频器的相位噪声改善,改善20lgn 图2.40 ，注意受后面放大器噪声限制.,振荡器相位噪声改善（晶体滤波）,总之：系统设计是一个噪声优化的过程 ， 晶体滤波器、pll都可以改善某些情况下相位噪声。,第2部分 频率合成器系统分析相位噪声的 测试技术,相位噪声 测试(利用倍频提高分析仪的动态范围),低电平相噪测试中存在的一些问题干扰： .接地环路 .颤噪噪声 .阻抗匹配,相位噪声 测试(测试商业设备),第2部分 频率合成器系统分析转换时间测量技术,滤波器： 切换时间：转换频率的命令到合成器产生指定频率误差内的有用输出频率所需要的时间。 测量中波形变换如图2.61所示。 转换时间:拍音出现拍音消失。 有几个注意问题：p94 （a） 触发脉冲上升、下降时间比合成器切换时间少几个数量级； （b）频率切换网络延时比切换时间可忽略； （c）触发脉冲的重复速率足够慢稳态； （d）3db bw足够高，不会衰减拍音。,转换时间测量 波形分析,第2部分 频率合成器系统分析设计实例,根据：系统需求: 频率范围、频率步进、杂散、相位噪声、切换时间; 成本; 体积、功耗等. 步骤：频率方案; 互调分量; 滤波器设计; 相位噪声; 模块框图; ;,第2部分 频率合成器系统分析设计实例,射频信号泄露 离散fm单边带成分 原理框图 屏蔽盒 进度表 电路设计 实例：1mhz参考源，输出220.0299.999mhz 1khz/step 要求：500hz外，bw=200hz内，单边带相位噪声信噪比满足-80db要求。,本例要求掌握： 根据 要求，如何求出对应phase noise要求， 合成方案中各点相位噪声变化分析，满足要求。 1.计算相位噪声要求： , 根据文献48，以及图2.40，,包络方程： 外, , 假如采用图2.1方案，看是否满足要求，如图2.64分析。 问题： 参考源相噪满足要求，必须选用20hz二 阶pll解决； 图2.65，uhf vco要满足要求，选用5khz带宽。 矛盾： 5kh