車(chē)升余 陳煥東

摘? ?要：文章介紹了小數(shù)分頻技術(shù)中的尾數(shù)調(diào)制雜散，并對(duì)其產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析研究。通過(guò)參考支路和回饋支路增加定向耦合器、放大器及衰減器的基礎(chǔ)上，給出了改進(jìn)尾數(shù)調(diào)制的方法。從測(cè)試結(jié)果看，改進(jìn)后的小數(shù)分頻電路，尾數(shù)調(diào)制幾乎不可見(jiàn)，效果明顯。

關(guān)鍵詞：尾數(shù)調(diào)制;雜散分析;頻率綜合器;DDS;反向隔離

頻綜作為變頻器的核心組成模塊之一，已有60多年的發(fā)展歷史，各種頻率綜合技術(shù)層出不窮。其中，小數(shù)分頻由于輸出的分辨率可以降至鑒頻鑒相器（Phase Frequency Detector，PFD）頻率的一小部分，解析度較高而被廣泛應(yīng)用。在小步進(jìn)的頻率綜合器中，由于存在尾數(shù)調(diào)制的天然缺陷，使得雜散較高。

分析小步進(jìn)尾數(shù)調(diào)制雜散產(chǎn)生的機(jī)理和解決方法，并總結(jié)出普遍規(guī)律，對(duì)設(shè)計(jì)低相位噪聲和低雜散信號(hào)的頻率合成器有重要意義。

1? ? 原理分析

所謂小步進(jìn)尾數(shù)調(diào)制雜散是出現(xiàn)在輸出頻率兩邊，頻偏與輸出頻率和鑒相頻率整數(shù)倍之差，成整數(shù)倍關(guān)系的雜散。假定頻綜輸出為8 599.998 MHz，鑒相頻率為50 MHz，此時(shí)，小步進(jìn)尾數(shù)調(diào)制雜散出現(xiàn)在2 kHz整數(shù)倍的頻偏處，例如Δ=±2 kHz，Δ=±28 kHz等。小步進(jìn)尾數(shù)調(diào)制雜散一旦落入環(huán)路帶寬內(nèi)，將被鎖相環(huán)倍頻放大[1]。

頻綜采用方案如圖1所示。方案采用三環(huán)頻率合成，其中，直接數(shù)字合成（Direct Digital Synthesis，DDS）輸出頻率范圍為50～100 MHz。由于A通道隔離度有限，DDS的信號(hào)將竄入偏置（Offset，OS）環(huán)的參考輸入。當(dāng)DDS輸出信號(hào)頻率的整數(shù)倍在參考源信號(hào)頻率附近時(shí)，尤其頻偏小于OS環(huán)環(huán)路帶寬的時(shí)候，DDS信號(hào)將成為一個(gè)雜散從參考通道進(jìn)入到OS環(huán)，參與鎖相，如果OS環(huán)的分頻比為N，該雜散將惡化20logN，且調(diào)制到主譜的兩邊。這種雜散符合小步進(jìn)尾數(shù)調(diào)制雜散的出現(xiàn)規(guī)律，是一種最主要的產(chǎn)生機(jī)理。

此外，在通道B中，頻綜輸出信號(hào)fvco和OS環(huán)信號(hào)fos間差頻和參考源之間的交調(diào)產(chǎn)物也會(huì)落在參考源信號(hào)附近，也會(huì)造成雜散[2]。

同樣，DDS輸出信號(hào)也會(huì)在時(shí)鐘鎖相環(huán)（Phase Locking Loop，PLL）內(nèi)形成雜散，但由于合成環(huán)分頻比極低，造成的雜散非常小，可以不考慮。

2? ? 解決方案

分別在A和B通道增加反向隔離，如圖2所示。A通道增加一個(gè)定向耦合器和一個(gè)放大器，放大器反向隔離度大于15 dB，定向耦合器反向隔離度大于20 dB，因此，A通道對(duì)于DDS信號(hào)的反向隔離度大于35 dB。B通道增加一個(gè)放大器和兩個(gè)衰減器，采用先衰減再放大再衰減的方案，B通道對(duì)于壓控振蕩器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）信號(hào)的反向隔離度也大于35 dB，這樣就可以有效地阻止DDS信號(hào)和VCO信號(hào)進(jìn)入OS環(huán)[3]。

此外，采用EMI濾波器對(duì)供電和輸入輸出（Input/ Output，I/O）控制線都進(jìn)行隔離，避免DDS信號(hào)從供電和I/O控制線竄擾。每個(gè)環(huán)路從空間布局上都要做合理的設(shè)計(jì)，以達(dá)到屏蔽的目的[4-5]。

3? ? 測(cè)試結(jié)果

當(dāng)輸出8 599.998 MHz信號(hào)，這時(shí)DDS輸出信號(hào)為99.999 MHz，小步進(jìn)尾數(shù)調(diào)制雜散改善前后效果如圖3所示。

相噪測(cè)試結(jié)果如圖4所示，遠(yuǎn)好于衛(wèi)星通信對(duì)相位噪聲的要求[6]。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

小步進(jìn)尾數(shù)調(diào)制雜散的成功解決標(biāo)志著高性能頻綜研制又邁出及其重要的一步，對(duì)完善變頻器產(chǎn)品種類有非常重要的意義。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，目前的技術(shù)水平可實(shí)現(xiàn)頻率最高30 GHz，帶寬超過(guò)2 GHz的頻率覆蓋，指標(biāo)都可以滿足衛(wèi)星通信要求。

[參考文獻(xiàn)]

[1]胡麗格，楊志國(guó)，閔潔.一種L波段的小步進(jìn)頻率合成器[J].無(wú)線電工程，2007（6）：60-61.

[2]陳煥東，牛旭，劉立青.一種基于偏移源的頻率合成技術(shù)分析[J].無(wú)線電工程，2012（5）：16-17.

[3]楊志國(guó).脈沖鎖相技術(shù)及其應(yīng)用[J].無(wú)線電通信技術(shù)，2002（4）：47-48.

[4]陳煥東.寬帶頻率合成技術(shù)研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

[5]ULRICH L，ROHDE A，KUMAR P.VCSO technology silences synthesizers[J].Microwaves&RF Magazine，2011（9）：3-5.

[6]賴益.3～16 GHz寬覆蓋頻率合成器的研制[D].成都：電子科技大學(xué)，2010.

A technical analysis of improving small step fractional mantissa modulation spurious

Che Shengyu1， Chen Huandong2

（1.The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China;

2.Sansha Guohai Xintong Technology Development Co.， Ltd， Haikou 573199， China）

Abstract：This paper introduces the mantissa modulation in fractional frequency division technology. Its mechanism was analyzed and studied. By adding directional couplers， amplifiers and attenuators to the reference and branches， a method to improve mantissa modulation is presented. From the test results， the improved fractional frequency division circuit， mantissa modulation is almost invisible， the effect is obvious.

Key words：mantissa modulation;spurious analysis;frequency synthesizer;reverse isolation; DDS