应用笔记 3037

防止MAX2104电路中的寄生振荡


摘要 : 在MAX2104启动过程中消除寄生振荡的最佳方法是将其设置在一个初始的频率,在该频点上需要大的Vtune值,使得调谐电压高于箝制电压值。本篇应用笔记详细阐述这种方法。

概述

以下的文章解释了为什么关闭倍频器会消除MAX2104中的寄生振荡现象。

在变容管调谐电压Vtune低于3.9V时寄生振荡现象发生。在该点上负载谐振回路Q非常低,而寄生回路Q值非常高。该路径为典型串联谐振回路包括低损耗串联电感与振荡器单元内部电容谐振。高Q串联谐振回路导致了低调谐电压的寄生振荡。经常使用串联电阻(20Ω)降低寄生模式串联谐振回路的Q值。

在正常工作时,利用二极管箝制电路使Vtune高于3.92V (图1)。应用电路中的箝制电路用于防止进入寄生振荡模式。

图1. 典型的二极管箝制电路
图1. 典型的二极管箝制电路

然而,在初始的上电顺序中寄生模式成为主要问题。实验表明在上电过程中关闭本振倍频器可解决寄生振荡。以下的分析会解释为什么关闭倍频器会消除MAX2104中的寄生振荡现象。

图1给出了在最坏情况稳态工作中,电荷泵晶体管饱和。Vtune被箝制为3.92V以保证振荡器脱离寄生振荡模式。

分析

例如,假设给机顶盒初始化编程锁定在1458MHz,且本振倍频器打开。在理想情况下PLL工作如图2所示。

图2. 正常的PLL工作
图2. 正常的PLL工作

在正常工作中,晶体和本振的鉴相频率为625kHz;Vtune约为10.3V,本振振荡在729MHz。倍频电路将其倍频到1458MHz。等效的分频比编程为N = 2332.8。电荷泵崩保持平衡,而电荷泵根据需要灌入和灌出电流。

图3. 寄生模式振荡
图3. 寄生模式振荡

在寄生模式振荡,本振振荡在1410MHz。本振倍频器打开,这个振荡频率倍频到2820MHz。这将产生1208kHz的鉴相频率。由于远大于625kHz的晶体鉴相频率,电荷泵灌入尽可能多电流导致调谐电压降低。这个正反馈保持调谐电压尽可能低。调谐电压越低越不可能退出寄生谐振模式,因为在需要的基频模式振荡上谐振回路有载Q值为最小值。

图4. 固定本振倍频器
图4. 固定本振倍频器

图4给出了本振倍频器关闭后PLL工作情况。现在本振不再倍频,本振比较频率降低至604kHz。由于低于晶体参考鉴相频率625kHz,电荷泵灌出电流使得调谐电压增大。调谐电压从3.8V升至31V。当Vtune从3.8V升高至31V时,谐振回路有载Q值得到极大地改善,可谐振在基频模式中。

图5. 寄生模式补救方法
图5. 寄生模式补救方法

图5表示退出寄生模式的情形。由于正反馈,Vtune被强制在30V。电荷泵在连续灌出电流模式。谐振电路达到最大振荡频率,约为1160MHz。在该频点上如果倍频器及时激活,PLL将会返回到图1所示的正常工作模式。

结论

从上面分析可得到以下几个结论:
  1. 在启动过程中消除寄生模式振荡的最好方法是将PLL编程至能够得到很大Vtune值的频率上。这将使得调谐电压高于箝制电压值。当这步实现后Vtune二极管箝制电路会保证调谐电压高于谐振回路易于进入的寄生模式点上。
  2. 关闭频率倍频器会消除寄生模式振荡。