將MAX2902與外部頻率合成器結(jié)合使用方法

摘要：MAX2902 ISM發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)為與外部頻率合成器芯片配合使用，構(gòu)建一套完整的發(fā)射機(jī)方案。這里既可使用分?jǐn)?shù)N也可使用整數(shù)N頻律合成器芯片，這取決于系統(tǒng)的要求。為具體的應(yīng)用中挑選合適的頻率合成器芯片時(shí)，必須理解在這兩種芯片之間信道間隔、相位噪聲和PLL鎖定時(shí)間的差別。本篇應(yīng)用筆記詳細(xì)說(shuō)明它們之間的主要差別，幫助用戶選擇合適的頻率合成器芯片。

MAX2900-MAX2904為單片200mW發(fā)射機(jī)，設(shè)計(jì)用于868MHz/915MHz頻段。每款芯片內(nèi)部集成了基帶偽隨機(jī)(PN)序列低通濾波器、發(fā)射調(diào)制器、功放和射頻VCO。MAX2900, MAX2901和MAX2903也包括一個(gè)完整的頻率合成器，允許這些器件作為完整的射頻發(fā)射機(jī)解決方案。MAX2902和MAX2904則設(shè)計(jì)為與外部的頻率合成器結(jié)合使用，為頻率規(guī)劃和信道設(shè)置提供最大靈活性。

選擇頻率合成器芯片時(shí)，第一步是決定使用整數(shù)N還是分?jǐn)?shù)N型頻率合成器。設(shè)計(jì)良好的Σ-Δ分?jǐn)?shù)N頻率合成器能夠在相位噪聲、PLL鎖定時(shí)間和鑒相噪聲抑制方面提供優(yōu)異的性能。雖然分?jǐn)?shù)N頻率合成器的成本不斷降低，但整數(shù)N頻率合成器芯片仍然提供價(jià)格更低廉的解決方案。理解性能參數(shù)如何折衷將會(huì)有助于在使用何種頻率合成器中做出正確的決定。

鑒相頻率

將MAX2902與外部分?jǐn)?shù)N頻率合成器結(jié)合使用相對(duì)于與整數(shù)N頻率合成器結(jié)合使用的一個(gè)主要區(qū)別便是可以使用更高的鑒相頻率(F_COMP)，同時(shí)保持同樣或者在許多應(yīng)用中更小的頻率分辨率或者步進(jìn)(F_STEP)。在整數(shù)N頻率合成器中步進(jìn)頻率與鑒相頻率相同。然而在分?jǐn)?shù)N頻率合成器中，步進(jìn)頻率與鑒相頻率相關(guān)，其關(guān)系為，F(xiàn)_STEP = F_COMP/2^BITS這里BITS為頻率合成器的分?jǐn)?shù)位數(shù)。

高的鑒相頻率能夠極大地減少本振(LO)信號(hào)的帶內(nèi)相位噪聲。相位噪聲正比于頻率合成器中主分頻器值(N)。提高鑒相頻率，同樣的射頻頻率只需要較小的N值，因而降低了分頻器的噪聲貢獻(xiàn)。相位噪聲的減少量可以根據(jù)下式計(jì)算：

環(huán)路帶寬

當(dāng)頻率合成器鑒相頻率增加時(shí)，可以使用更寬的環(huán)路帶寬，同時(shí)沒有惡化鑒相噪聲的抑制性能。當(dāng)鑒相頻率的增加時(shí)，鑒相噪聲被推到遠(yuǎn)處，允許環(huán)路濾波器的3dB點(diǎn)搬移到遠(yuǎn)處，同時(shí)仍然保持對(duì)參考雜散的充分抑制。

增加環(huán)路帶寬的優(yōu)點(diǎn)是鎖定時(shí)間更短。鎖定時(shí)間反比于環(huán)路濾波器的截止頻率，因而增加環(huán)路帶寬可以縮短PLL的鎖定時(shí)間。在許多應(yīng)用中鎖定時(shí)間是關(guān)鍵參數(shù)，具有寬的環(huán)路帶寬的分?jǐn)?shù)N頻率合成器非常重要。

增加環(huán)路帶寬的缺點(diǎn)是鑒相器噪聲在更寬的帶寬內(nèi)積分。相位噪聲在環(huán)路濾波器截止頻率內(nèi)為常量，在此之外便開始滾降。因而，當(dāng)環(huán)路濾波器拐角頻率往更遠(yuǎn)處搬移時(shí)，根據(jù)公式，ΔIntegrated Noise = 10 x log(F₂/F₁) LO信號(hào)的積分相位誤差也會(huì)增加，在式子中F1和F2分別為窄和寬的環(huán)路帶寬。

注意耦合

MAX2902具有片內(nèi)集成的功放，能夠輸出高達(dá)+23.5dBm (典型值)。這樣大的功率值很容易使調(diào)制的射頻輸出信號(hào)耦合到MAX2902與頻率合成器芯片之間VCO的布線上。仔細(xì)考慮布線和接地將有助于減少耦合，但由于布局空間大小的約束通常很難完全消除耦合的影響。VCO線上的干擾信號(hào)會(huì)導(dǎo)致MAX2902的LO相位噪聲性能惡化。環(huán)路帶寬越寬，射頻耦合對(duì)電路的影響越小，因?yàn)殚]環(huán)會(huì)衰減耦合噪聲。但是前面已經(jīng)提到，寬的環(huán)路帶寬會(huì)增加系統(tǒng)的積分相位誤差。

應(yīng)用例子

本篇筆記提供兩個(gè)例子。第一個(gè)例子使用整數(shù)N頻率合成器結(jié)構(gòu)，而第二個(gè)則使用分?jǐn)?shù)N頻率合成器結(jié)構(gòu)。 使用的是同一個(gè)的頻率合成器芯片中的整數(shù)和分?jǐn)?shù)兩個(gè)模式，用于說(shuō)明MAX2902在閉環(huán)中的典型性能。兩種配置的設(shè)置參數(shù)在下面與相位噪聲特性圖一起列出。兩種配置根據(jù)頻率合成器總體要求提供可行的現(xiàn)實(shí)世界解決方案。

使用的分?jǐn)?shù)N頻率合成器具有4比特的分?jǐn)?shù)位數(shù)，能夠提供模16的分?jǐn)?shù)量。這允許鑒相頻率大于整數(shù)型中的8倍，同時(shí)提供小于50%的步進(jìn)頻率間隔。如果使用模數(shù)更大的分?jǐn)?shù)頻率合成器，這個(gè)差別會(huì)更大。

從相位噪聲曲線圖上可以看到，帶內(nèi)相位噪聲的差為(-73.00 - -82.83) = 9.83dB。這個(gè)值非常接近于基于不同N分頻值的計(jì)算公式的理論差值10 * log (5856/732) = 9.03dB。因而分?jǐn)?shù)頻率合成器改善了帶內(nèi)相位噪聲。然而，當(dāng)計(jì)算積分相位誤差時(shí)，整數(shù)和分?jǐn)?shù)兩種方法所得到的積分相位誤差值分別收斂于-29dBc和-30dBc。在使用分?jǐn)?shù)頻率合成器的例子中，寬的環(huán)路帶寬雖然失去了初始相位噪聲的優(yōu)點(diǎn)，卻改善了PLL約5倍的鎖定時(shí)間。

結(jié)論

MAX2902是一款高度集成的發(fā)射機(jī)芯片，可與整數(shù)N或者分?jǐn)?shù)N頻率合成器結(jié)合以構(gòu)建完整的發(fā)射機(jī)解決方案。當(dāng)挑選使用何種頻率合成器與MAX2902配合使用時(shí)，首先要理解和評(píng)估主要的性能指標(biāo)和它們之間的折衷。相位噪聲、鎖定時(shí)間、信道間隔和成本也都會(huì)隨頻率合成器方案的不同而不同。