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一种超低相位噪声频率合成源方案设计

王李飞 张宁 彭子健 薛沛祥 李维亮

王李飞, 张宁, 彭子健, 薛沛祥, 李维亮. 一种超低相位噪声频率合成源方案设计. 自动化学报, 2017, 43(12): 2225-2231. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160162
引用本文: 王李飞, 张宁, 彭子健, 薛沛祥, 李维亮. 一种超低相位噪声频率合成源方案设计. 自动化学报, 2017, 43(12): 2225-2231. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160162
WANG Li-Fei, ZHANG Ning, PENG Zi-Jian, XUE Pei-Xiang, LI Wei-Liang. A Ultralow-phase-noise Scheme for Frequency Synthesizer. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2017, 43(12): 2225-2231. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160162
Citation: WANG Li-Fei, ZHANG Ning, PENG Zi-Jian, XUE Pei-Xiang, LI Wei-Liang. A Ultralow-phase-noise Scheme for Frequency Synthesizer. ACTA AUTOMATICA SINICA, 2017, 43(12): 2225-2231. doi: 10.16383/j.aas.2017.c160162

一种超低相位噪声频率合成源方案设计

doi: 10.16383/j.aas.2017.c160162
基金项目: 

电子测试技术重点实验室基金项目 9140C120201130C12050

详细信息
    作者简介:

    张宁 中国电子科技集团公司第四十一研究所高级工程师.2001年获得山东大学电力学院学士学位.主要研究方向为微波测量仪器.E-mail:zn_1014@163.com

    彭子健 中国电子科技集团公司第四十一研究所工程师.2007年获得西安交通大学电信学院学士学位.主要研究方向为软件开发与设计.E-mail:zijian1100@163.com

    薛沛祥 中国电子科技集团公司第四十一研究所工程师.2011年获得北京航空航天大学自动化与电气工程学院硕士学位.主要研究方向为小信号测量技术和控制工程.E-mail:xuepeixiang@163.com

    李维亮 中国电子科技集团公司第四十一研究所工程师.2013年获大连理工大学控制理论与控制工程专业硕士学位.主要研究方向为射频电路设计.E-mail:wei.liang123456@163.com

    通讯作者:

    王李飞 中国电子科技集团公司第四十一研究所工程师.2012年获得山东大学控制科学与工程学院学士学位.主要研究方向为微波毫米波高性能宽带合成源设计.本文通信作者.E-mail:wanglifei0200@126.com

A Ultralow-phase-noise Scheme for Frequency Synthesizer

Funds: 

Project of Science and Technology on Electronic Test & Measurement Laboratory 9140C120201130C12050

More Information
    Author Bio:

    Senior engineer at the 41st Research Institute of CETC. She received her bachelor degree from Shandong University in 2001. Her research interest covers microwave measuring instruments

    Engineer at The 41st Research Institute of CETC. He received his bachelor degree from Xi0an Jiaotong University in 2007. His research interest covers software design and development

    Engineer at The 41st Research Institute of CETC. He received his master degree from Beihang University in 2011. His research interest covers small-signal measurment and control engineering

    Engineer at The 41st Research Institute of CETC. He received his master degree from Dalian University of Technology in 2013. His main research interest is radio freqency circuit design

    Corresponding author: WANG Li-Fei Engineer at the 41st Research Institute of CETC. He received his bachelor degree from Shandong University in 2012. His research interest covers wide-band highperformance frequency synthesizer design in microwave and millimeter waves. Corresponding author of this paper
  • 摘要: 频率合成源是射频发生和频谱分析中最重要的组成之一,评价合成源性能指标的是输出信号的相位噪声、杂散、频率分辨率和频率切换时间.本文通过分析传统锁相环原理,提出一种通用的超低相位噪声合成源设计方案(带宽100MHz以内).在锁相环基础上,通过引入直接数字合成(Direct digital synthesizer,DDS)混频鉴相技术,使得到的射频信号理论值达到0.1mHz的频率分辨率,同时将带内相位噪声指标优化17dB以上.新方案同时兼顾了杂散和频率切换时间指标,保障合成源的输出信号稳定可靠,使其在自动测试领域拥有广阔的应用前景.
    1)  本文责任编委 辛景民
  • 图  1  锁相环电路结构框图

    Fig.  1  PLL circuit structure

    图  2  传递参数频域特性

    Fig.  2  Passing parameters character on frequency domain

    图  3  锁相环中各输入信号相噪谱表现

    Fig.  3  Input signals' phase noise spectrum performance in the PLL

    图  4  新方案原理框图

    Fig.  4  The new scheme block diagram

    图  6  FX产生方案框图

    Fig.  6  FX signal generation block diagram

    图  5  新方案各输入信号相噪表现

    Fig.  5  Input Signals' phase noise spectrum performance in the new scheme

    图  7  实际工程应用印制板

    Fig.  7  Printed circuit board in the practical engineering application

    图  8  实际工程应用中$F_X$与$F_M$的产生方式

    Fig.  8  The producing way of $F_X$ and $F_M$ in the practical engineering application

    图  9  新方案$F_X=3 200$ MHz的相位噪声指标

    Fig.  9  The phase noise curve of $F_X=3 200$ MHz in the new scheme

    图  10  新方案$F_O$输出为3 250 MHz的相噪曲线

    Fig.  10  The phase noise curve of the 3 250 MHz in the new scheme

    图  11  $F_O$ = 3 250 MHz时, 500 MHz以内杂散测试图

    Fig.  11  The spurious test pattern at $F_O$ = 3 250 MHz within 500 MHz bandwidth

    表  1  DDS频率切换时间

    Table  1  DDS frequency hopping time

    DDS切换频点(MHz)DDS切换时间($\mu$s)
    107$\rightarrow$1103.044
    110$\rightarrow$1133.022
    113$\rightarrow$1142.978
    114$\rightarrow$1213.044
    121$\rightarrow$1252.978
    $\Delta$$T_{\rm DDS}$均值3.013
    下载: 导出CSV

    表  2  环路切换时间

    Table  2  Loop locked time

    环路切换频点(MHz)环路切换时间($\mu$s)
    3 227$\rightarrow$3 23213.67
    3 232$\rightarrow$3 23814.22
    3 238$\rightarrow$3 24015.00
    3 240$\rightarrow$3 24315.44
    3 243$\rightarrow$3 24814.00
    $\Delta$$T_{\rm PLL}$均值14.47
    下载: 导出CSV
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    Hou Jun-Feng. Design and Implementation of Multi-loop Frequency Synthesizer[Master dissertation], University of Electronic Science and Technology of China, China, 2014 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10614-1015701201.htm
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    Chen Cong-Hong. The Research of Low Phase Niose X-band Signal Generator[Master dissertation], University of Electronic Science and Technology of China, China, 2014 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10614-1015705743.htm
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    [10] AD9956 data sheets[Online], available:http://www.analog.com, February 25, 2016.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-28
  • 录用日期:  2016-10-14
  • 刊出日期:  2017-12-20

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