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鎖相環(PLL)電路是由壓控振蕩器(VCO)和鑒相器組成的回報系統，振蕩器信号跟蹤施加的頻率或相位調制信号是否具有正确的頻率和相位。需要從固定低頻率信号生成穩定的高輸出頻率時，或者需要頻率快速變化時，都可以使用PLL。典型應用包括采用高頻率、電信和測量技術實作濾波、調制和解調，以及實作頻率合成。
圖1所示為基于PLL的頻率合成器框圖。VCO生成輸出信号。通過PLL将其保持在設定頻率，并鎖定到基準頻率。基準頻率通常由非常精準的石英振蕩器提供。在鎖相環電路的回報路徑部分，在鑒相器前通過分頻器提供可調的VCO分頻比。
圖1. 鎖相環框圖。
VCO包含可調的調諧元件，例如電容随輸入電壓改變的變容二極管。是以，PLL電路可以算一種VCO回報控制系統。VCO所需的輸入或控制電壓通常高于提給PLL電路的電源電壓。電源電壓一般為3.3 V或5 V，而VCO根據頻率需求可能需要高于20 V的電壓。要生成範圍更廣泛的頻率，可以使用具備更廣泛調諧範圍的VCO。圖2顯示了支援千兆赫範圍VCO的簡單電路示例。
圖2. 用于ADF4150HV的高壓電荷泵電源簡化電路。
AVCO可以使用Synergy Microwave Corporation的DCYS100200-12。該産品在 28 V (VTUNE)時産生2 GHz頻率，如圖3所示。
圖3. DCYS100200-12的控制電壓與頻率關系曲線。
生成高控制電壓，有幾種可行方案。其一是使用有源環路濾波器，該濾波器基本是由高速放大器和低通濾波器構成，可以将來自鑒相器(CPOUT)的輸出脈沖轉化為幹淨的直流電壓。或者，可以使用帶內建電荷泵的PLL頻率合成器，例如ADI的 ADF4150HV該器件不需要額外的有源環路濾波器。雖然這兩種解決方案都需要高壓電源，但是使用ADF4150HV可以減少所需的元件數量。也可以避免有源濾波放大器導緻的失真和相位噪聲。此外，ADF4150HV允許實作小數N或整數N鎖相環頻率合成器。最終VCO的頻率可以進行1、2、4、8或16分頻，使得輸出頻率最低可達到31.25 MHz。
ADF4150HV的內建電荷泵所需的高電壓可以使用直流-直流升壓轉換器ADP1613生成，且不降低PLL性能。ADP1613是一款內建功率半導體的高效開關穩壓器，可以輕松實作最高20V的輸出電壓。也可以使用額外的外部元件實作更高的輸出電壓，尤其是通過外部功率半導體實作。ADP1613的開關頻率可在650 kHz至1.3 MHz範圍内調節。這樣可以實作更出色的瞬态響應和簡單的噪聲過濾。一般而言，推薦選擇高于1 MHz的開關頻率，以便通過PLL環路濾波器降低開關噪聲。
采用ADF4150HV的鎖相環頻率合成器電路通過使用內建的RF分頻器，提供超寬帶PLL功能。工作頻率範圍為62.5 MHz至2 Ghz。通過采用相同的PLL硬體設計，可以為系統中的多個不同的硬體平台生成不同的頻率。但是，如果要求一項設計适用于不同的VCO類型，則需要在設計中內建相應的環路濾波器。這樣才能確定鎖相環可靠運作。為了實作相對較寬的輸出頻率調節範圍，以及相關的更高輸出功率，ADF4150HV的每個RF輸出也需要采用小型濾波器。将27 nH電感和50 Ω電阻并聯，可以有效調節高達3 GHz的頻率。該電阻提供定義上的輸出阻抗較低的電感将導緻頻段擴充到較低的範圍。
如今，也可提供适用于更大頻率範圍(即适用于PLL、濾波器和VCO)的一體化內建解決方案，但是，由于不同元件之間的距離過近，可能導緻無用耦合。分立式設計和由此實作的實體分隔可以充分降低這種風險。
PLL頻率合成器模拟工具ADIsimPLL™ 也可以為HF功能子產品開發和HF信号鍊器件模組化提供有效幫助。通過使用該工具，設計人員更容易模拟所有會影響PLL性能的重要非線性效應。例如，頻率合成過程中出現的無用雜散(雜散頻率)。
ADF4150HV
- 小數N分頻頻率合成器和整數N分頻頻率合成器
- 高壓電荷泵：6V至30V
- 調整範圍：1.0 V至29 V(或Vp供電軌的± 1 V)
- RF帶寬達3.0 GHz
- 可程式設計1/2/4/8/16分頻輸出
- 頻率合成器電源電壓範圍：3.0 V至3.6 V
- 可程式設計雙模預計數器：4/5或8/9
- 可程式設計的輸出功率
- 可程式設計電荷泵電流
- RF輸出靜音功能
- 三線式串行接口
- 模拟和數字鎖定檢測。
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