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锁相环频率合成器和分立式频率合成器的详细对比
时见栖鸦
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几乎每个RF和微波系统都需要频率合成器。频率合成器产生本振信号以驱动混频器、调制器、解调器及其他许多RF和。频率合成器常被视为系统的心跳，创建方法之一是使用锁相环（PLL）频率合成器。传统上，一个简单的PLL将压控振荡器（VCO）输出频率分频，将其与一个参考信号进行比较，然后微调VCO控制电压以微调其输出频率。很多年来，PLL和VCO是两种单独的芯片——这就是分立解决方案。VCO产生实际输出信号；PLL监控输出信号并调谐VCO，以将其相对一个已知参考信号锁定。
分立解决方案有多个优点：
· 可设计每个分立芯片以提供尽可能好的性能。
· PLL和VCO之间的物理距离降低了交叉耦合效应，使输出端的干扰杂散信号最小化。
· 如果环路中的一个芯片损坏，只需更换较少的元件。
分立解决方案在频率合成器行业长期处于优势地位，但它也有缺点。一个主要问题是：为了容纳两个芯片及其所有支持元件，分立解决方案需要大量板空间。这导致终端产品尺寸较大且成本较高。分立解决方案的另一个主要问题是传统VCO的输出频率范围较窄。典型VCO带宽为50 MHz至500 MHz；虽然可以达到2 GHz 左右，但这需要基于运算放大器的有源滤波器。对任何希望实现更宽频率范围的人来说，这都是一个重大挑战。为了创建频率范围更宽的合成器，需要多个PLL、VCO、支持元件、滤波、开关和电源！这会使设计的板空间和成本呈指数式增加。分立解决方案不仅会影响板设计，而且涉及大量额外工作，包括为每种器件进行质量评定、开发软件及库存管理。大约10年前，基于PLL的频率合成器行业有了一次突破。第一代集成式PLL和VCO（PLL/VCO）开始出现在市场上。这一重大发展意味着电路板可以更小，成本可以更低，额外工作可以大幅减少。集成解决方案还意味着VCO架构可以改变，利用一个器件便能实现宽带频率合成器。我们将探讨VCO架构，以及向集成VCO的转变如何开启高性能频率合成器的大门。传统VCO是很简单的器件——电压施加于VCO的调谐引脚，随即输出某一频率；电压提高，输出频率也提高；电压降低，输出频率也降低。图1所示为GaAs MMIC VCO的调谐电压与输出频率的关系示例——13 V调谐范围需要有源滤波器或带高压电荷泵的PLL。
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