应用笔记 1744

为MAX2309优化VCO相位噪声


摘要 : 在100MHz频率改进MAX2309上LO的相位噪声。通过改动PLL带宽,参考噪声,VCO元件值,从而在偏移10kHz处得到约-90dBc/Hz的相位噪声。片内VCO设置为工作在200MHz,比较频率1MHz。给PLL元件设置三组值,以频谱和相位噪声曲线记录使用每一组值时的性能。

更多信息: 这篇应用笔记描述了使用MAX2309 I/Q解调器实现本地振荡器(LO) -90dBc/Hz (10kHz偏移量)相位噪声的方法。文中给出了完全的100MHz中频(IF)设计方案,介绍了压控振荡器(VCO),环路滤波元件并给出了性能曲线。

目的

优化MAX2309评估板的LO相位噪声通过在LO的缓冲放大器的输出端测量LO。

过程

获得标准的MAX2309评估板并重新配置VCO槽路元件,使振荡频率为200MHz (两倍于中频频率),KVCO = 6.6MHz/V。参考MAX2309评估板原理图上的标记。元件值列在表1中。

表1. 改变的VCO元件值
Reference Designator New Value (200MHz) Part Number Manufacturer
L5 82nH 0805CS-820XKBC Coilcraft
C61 3.9pF COG capacitor Murata
C4, C6 27pF COG capacitor Murata
D3, D5 Varactor SMV1763-079 Alpha-Industries

环路滤波器设计1

环路滤波器元件值列在表2中。这个环路滤波器具有50°相位容限和425µA的充电泵电流,其单位增益频率为11.6kHz。

表2. 环路滤波器#1
Reference Designator Filter Value
C30 560pF
R23 5.1kΩ
C29 5.6nF
R10
C31 Open

图1. LO缓冲器输出的100MHz LO信号,ICP = 425µA, HP8561E
图1. LO缓冲器输出的100MHz LO信号,ICP = 425µA, HP8561E

图2. 100MHz LO信号的相位噪声,HP8561E
图2. 100MHz LO信号的相位噪声,HP8561E

注意:测得最初的相位噪声大约为-80dBc/Hz,然而,13MHz的参考信号源肯定具有小于可接受值的噪声输出。源信号使用KSS VC-TCXO-208C-13.0时相位噪声将改善大约6dB。

表3. 关键的测试参数
Parameter Value Units
VCC 3.0 V
FIF 100 MHz
FREF 13 MHz
FOSC 200 MHz
FCOMP 1 MHz
KVCO 6.6 MHz/V
Target Phase Noise at 10kHz -90 dBc/Hz
TA +25 °C

环路滤波器设计2

在使用改进的VCO和环路滤波器测量过相位噪声之后,开始评估第二个环路滤波器。这个滤波器是为更窄的环路带宽设计的,单位增益频率9kHz,53°相位余量,425µA充电泵电流。元件数值列在表4中。

表4. 环路滤波器#2
Reference Designator Filter Value
C30 1nF
R23 3.9kΩ
C29 10nF
R10
C31 Open

测量相位噪声,结果显示在图3图4中。

图3. LO缓冲器输出的100MHz LO信号,ICP = 425µA, HP8561E
图3. LO缓冲器输出的100MHz LO信号,ICP = 425µA, HP8561E

图4. 100MHz LO信号的相位噪声, HP8561E
图4. 100MHz LO信号的相位噪声, HP8561E

最后,使用210µA充电泵电流进一步减小环路带宽。这导致了10kHz偏移时相位噪声的极大改善,其代价是牺牲了调谐速度。这一环路具有5kHz的单位增益频率并且有很好的相位余量44°。最后的结果显示在图5图6中。

图5. LO缓冲器输出的100MHz LO信号,ICP = 210µA, HP8561E
图5. LO缓冲器输出的100MHz LO信号,ICP = 210µA, HP8561E

图6. 100MHz LO信号的相位噪声, HP8561E
图6. 100MHz LO信号的相位噪声, HP8561E

图7. MAX2309评估板, 100MHz LO相位噪声已经经过优化
图7. MAX2309评估板, 100MHz LO相位噪声已经经过优化

图8. MAX2309评估板
图8. MAX2309评估板

图9. MAX2309评估板(续)
图9. MAX2309评估板(续)

结论

10kHz偏移时,MAX2309可以实现大约-90dBc/Hz的相位噪声。虽然实现这一性能十分依赖于参考振荡器的频率纯度,环路滤波器设计和充电泵电流,这一结果在上述条件得到优化后最终是可以实现的。