全球知名的射頻微波MMIC廠商Hittite公司最近推出一系列業界領先的智能頻綜產品（即內部集成VCO 的PLL芯片），其中HMC820，HMC821非常適合應用在3G，winmax，LTE等通信市場。
HMC820，HMC821擁有極低的相位噪聲和雜散，在1kHz頻偏處的相噪可達-113dBc/Hz，比市場上最好的同類產品還要好10dBc左右。HMC820，HMC821的雜散典型值低于-90dBc，也優于同類競爭對手。
該系列小數分頻采用了delta-sigma 調制技術，可以實現非常小的步進，達到非常低的雜散。在許多應用場合，足夠低的雜散可以省去參考DDS（直接數字頻綜）需求。
極低的近端相噪和雜散使系統可以工作于更寬的環路帶寬，及更快的頻率跳變。鑒相器的防滑功能對快速頻率跳變是有益的。
功能簡圖及工作原理
工作原理
該鎖相環芯片包括幾個主要功能模塊
1． 參考端的輸入放大器和R分頻
2． VCO的輸入放大器和N分頻
3． Delta-sigma 小數調制
4． 鑒相器
5． 電荷泵
6． VCO子系統
根據頻綜的類型，這個VCO子系統可以被設置成以下四種方式：
A， VCO只輸出基頻
B， VCO只輸出1/2分頻
C， VCO只輸出2倍頻
D， VCO可輸出基頻、1/2分頻、2倍頻任一個頻段
任何情況下，PLL的內核都運行于VCO的基頻。輸出基頻的頻綜內部的VCO就工作于基頻，輸出1/2分頻的頻綜內部是由一個工作于基頻的VCO加一個2分頻器構成，輸出2倍頻的頻綜內部由工作于基頻的VCO和一個2倍頻器構成。
VCO子系統
VCO子系統是一個步進調諧類型的VCO，其拓撲結構如下圖2
這種步進調諧VCO可以將變容二極管的調諧電壓優化到電荷泵的輸出電壓中點附近。因此，電荷泵在全范圍內能以低的調諧電壓和調諧敏感性來調諧VCO。這又是構成鎖相環芯片低相噪和雜散特性的原因之一。
簡單的環路濾波器
PLL的內核只運行于VCO的基頻，三個頻段需要的環路濾波器是相同的。這樣客戶在設計時，只要按照一個頻段設計，另外兩個頻段直接借用，大大節省了射頻工程師的時間和精力。鑒于芯片內部獨特的VCO子系統，只需較低的電壓驅動VCO ，因此，簡單的無源濾波器就可以滿足要求，不需要采用含有運放的有源濾波器，降低了設計難度，同時節省了成本。環路濾波器如下圖3所示，
步進調諧VCO自動校準
VCO必須校準，以便鎖相環知道對于需要的輸出頻率VCO哪個開關位置是最優的。該鎖相環芯片支持步進調諧VCO自動校準。自動校準功能固定VCO調諧電壓在CP輸出電壓的中點，然后測量這個自由運行的VCO頻率同時尋找設置，這個設置使得自由運行的輸出頻率最接近需要的相位鎖定頻率。這個過程使得相位鎖定振蕩器鎖定在變容管很窄的電壓范圍。
典型的步進調諧VCO的調諧曲線如下圖4，該圖顯示了調諧電壓怎么保持在一個很窄的范圍，盡管輸出頻率范圍很寬。
這種校準每改變一次頻率就自動運行一次，因而保證了在不同時間及溫度下的VCO開關設置的優化選擇。這個過程是自動的，用戶不必知道是哪個開關發生作用。精度會影響時間。校準的原則是尋求最佳的設置，鎖定VCO在當前的編程設定的頻率，確保VCO保持鎖定并且在全溫度范圍內表現良好，可以做到校準與溫度無關。通過設置寄存器Reg08h[13]可以讓鎖相環自動重新校準一次，該鎖相環芯片也支持VCO手動校準。
控制軟件及仿真軟件
Hittite提供相應的控制軟件及仿真軟件以支持該系列鎖相環芯片的使用。
控制軟件操作簡單使用方便。只要選擇整數或分數模式，在頻率輸入框輸入合適的頻率，就可以鎖定。當然，如果需要也可以打開后臺的寄存器去讀寫寄存器的數值。這些寄存器的功能包括電荷泵控制，VCO子系統控制，休眠模式等。
該鎖相環的仿真軟件，可以根據環路帶寬，相位裕度要求給出環路濾波器的設計。也可以仿真給定環路濾波器情況下，鎖相環的噪聲情況。
該仿真軟件，功能強大，可以仿真多個因素對鎖相環芯片相位噪聲的影響。包括了VCO，晶振，電荷泵，環路濾波器，分頻器。運用該仿真軟件，可以為你的設計提供指導，縮短設計時間。對多因素的仿真如下圖5：
結束語
在使用該鎖相環芯片時Hittite功能強大的仿真軟件，可以給設計者提供指導，節省時間。Hittite的智能頻綜產品HMC820，HMC821設計獨特，擁有同類產品里最好的相噪和雜散，集成度高，外圍電路簡單，非常適合應用在3G，Winmax，LTE等通信市場。
如欲進一步了解這兩款產品的供貨及技術支持信息，請聯系Hittite公司授權代理商世強電訊。
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