宽带CDMA发射机低相噪本振源的设计

　　（2）相位误差：相位误差是由发射机的误差向量幅度即EVM（The error vector magnitude）决定的，EVM经常被用来描述发射信号的调制精度。TD-SCDMA和WCDMA标准都用此标准来规定发射信号的质量。EVM是对理想波形与实际波形之差的度量，如图2所示。

　　安捷伦公司提供的测量规范被广泛应用于测量仪器和商业仿真软件，其具体内部如下：

　　设Z（k）为在kT(T为符号周期)时刻通过理想接收滤波器观测待测发射机而得到的复向量，S（k）为理想归一化的单位圆上的参考向量。则Z（k）可以表示为：

　　Z(k)=[C0+C1(S(k)+E(k))]Wk　　 　　　 (1)

　　其中，W=eΔr+jΔα为频率偏移（Δα弧度/符号）以及幅度变化率（Δr奈培（衰耗单位）/符号）；C0为一恒定的复数偏移量，代表正交调制器的不平衡性；C1为一复数常量，代表发射机的任意相位和输出功率；E（k）代表抽样S（k）的残差。

　　则误差向量的总平方和为：

　　其中，C0，C1和W应使上式取得最小值，在此条件下求得每一个符号各自所对应的最小误差向量E（k）。

　　EVM定义为误差向量E（k）的幅度的均方根值，即：

　　其中，N=MAX-MIN+1，而MAX和MIN为EVM测量信号段的第一个符号和最后一个符号的排序数。

　　由以上定义可以看出：发射机的信噪比和非线性都可能造成EVM的变化。而且这些因素对EVM的影响并能做简单的线性叠加。为便于通过EVM指标确定锁相环路的具体指标，笔者利用ADS进行了系统仿真。在考虑功率放大器（PA）的非线性的前提下-设定PA增益为11.5dB，三阶交调点为28.5dBm，输入功率为10dBm，通过仿真认为将本振的EVM定为2%是合理的。

　　（3）鉴相频率：因带宽为2.5MHz，所以锁相环鉴相频率亦设为2.5MHz。

　　（4）杂散相噪（Spur）：杂散相噪一般由邻道功率抑制比即ACPR（Adjacent Channel Power Ratio）决定。

　　ACPR，有时被称为ACLR（Adjacent Channel Leakage Ratio）。其定义为发射功率与相邻信道上的测得功率之比。一般主要由发射机（尤其PA）的非线性所至。但对于直接上变频的调制方法来说，本振源在邻道上的杂散（Spur）对该指标亦有一定的影响。

　　为使得该频率点上的Spur不影响整机的ACPR（ACPR-40dBc/±2.5MHz），设定该点上（±2.5MHz）的相噪相对幅度为-120dBc。

　　3 器件选取与参数确定

　　3.1 参考频率源的选取

　　通过上述指标的确定，参数频率源的频率稳定度应为：±1.7ppm(包括温度频稳定、供电电压频稳定、负载牵引频稳定和年老化率累加)。为便于确定锁相环路的分频比，设定其工作频率20MHz=8×2.5MHz（信道带宽）。

　　3.2 锁相环芯片的选取与参数设定

　　a.芯片选取

　　芯片选取方面决定选用美国国家半导体（National Semiconductor）锁相环芯片。本设计在EVM调制精度方面要求严格，它与本振源相噪之间的关系为：

　　（4）式中，L（f）为相位噪声密度。因此锁相环的相位噪声成为设计成功与否的关键。首先，对锁相环路的种类进行选择（见表1）。

　　表1 PLL IC种类与性能比较

　　由表1可以看出，单锁相环整数分频器应为首选。

　　为达到相噪最小化的目的，在选用锁相环IC时，笔者着重考察了1Hz归一化鉴相器噪声的指标。理论上，该参数是在鉴相频率为1Hz时的鉴相器引起的相位噪声。它是基于参考频率源、分频器和VCO对于带内噪声的贡献一般远小于鉴相器噪声的实际情况而设定的一个技术指标。

　　相位噪声=(1Hz归一化鉴相器噪声)+10・log（比较频率）+20・log（反馈支路分频比N）

　　在National Semiconductor所有的单环数分频的锁相环芯片中，LMX2347的1Hz归一化鉴相器噪声值最低，为-220dBc/Hz，而其他芯片一般在-210dBc以上。计算机仿真结果表明，当1Hz一化鉴相器噪声的值为-210dBc时，其相应EVM值为2.9%，而在-220dBc时为1.06%（比较频为2.5MHz时）。因此，选择LMX2347成为必然。