便携式场强测试仪参考环的低噪声设计

0 引 言
便携式场强测试仪对第一本振相位噪声要求较高，其参考频率由参考环提供，因此对参考环的相位噪声要求也很高。参考环采用∑－△调制技术降低相位噪声，具体原理见参考文献。

1 设计方案
便携式场强仪第一本振的主要性能指标：
频率范围：4031．25～7031．25MHz；单边带相噪：≤－100dBc／Hz@10kHz
由此计算出参考频率的指标：
频率范围：31．25～62．5MHz；单边带相噪：≤－118dBc／Hz@10kHz
第一本振方案框图如图1所示。
图1中，左框内为本振环；右框内为参考环；其余部分为步进环。

2 参考环环路滤波器带宽设计
锁相环环路带宽内的相位噪声主要是由分频器、鉴相器以及参考信号的噪声决定的，而在环路带外的相位噪声则是由VCO的相位噪声来决定的。因此选择带宽时要综合考虑带宽内的相位噪声和VCO的相位噪声，以求达到最佳的噪声效果。
下面计算参考环的环路滤波器带宽：
参考环的环路滤波器采用有源二阶积分滤波器。压控振荡器归一化相位噪声功率谱密度：

式中：f0为压控振荡器的中心频率；F为频偏；Q为回路品质因数。
晶振的归一化相位噪声功率谱密度：

式中：fr为晶体振荡器的谐振频率；F为频偏。
在忽略鉴相器本身噪声的条件下，环路输出的归一化总相位噪声功率频谱密度为：

二阶锁相环路系统通常设计在欠阻尼状态使用，即0ξ1。现取阻尼系数ξ=0．5，fr=10MHz，f0=500MHz，Q=500，则：

由此算出环路闭环频率响应的伯德图如图2所示。
将一起画到图2(a)中，可见两噪声谱交于F=104Hz附近。综合考虑，选择在两谱线相交频率处显然是最有利的，即fn=104Hz。分别过滤后相位噪声如图2(a)虚线所示。由图可见，晶振噪声经过低通过滤以后，在F>fn的高频段内噪声谱已低于晶振的噪声。图2(a)是归一化的输出相位噪声，实际输出的相位噪声应乘以fo2，如图2(b)所示。