图1所示为基于PLL的频率合成器框图。VCO生成输出信号。通过PLL将其保持在设定频率，并锁定到基准频率。基准频率通常由非常精准的石英振荡器提供。在锁相环电路的反馈路径部分，在鉴相器前通过分频器提供可调的VCO分频比。
VCO包含可调的调谐元件，例如电容随输入电压改变的变容二极管。因此，PLL电路可以算一种VCO反馈控制系统。VCO所需的输入或控制电压通常高于提供给PLL电路的电源电压。电源电压一般为3.3 V或5 V，而VCO根据频率需求可能需要高于20 V的电压。要生成范围更广泛的频率，可以使用具备更广泛调谐范围的VCO。图2显示了支持千兆赫范围VCO的简单电路示例。
VCO可以使用Synergy Microwave Corporation的DCYS100200-12。该产品在28 V (VTUNE)时产生2 GHz频率，如图3所示。
图1 锁相环框图
生成高控制电压，有几种可行方案。其一是使用有源环路滤波器，该滤波器基本是由高速放大器和低通滤波器构成，可以将来自鉴相器(CPOUT)的输出脉冲转化为干净的直流电压。或者，可以使用带集成电荷泵的PLL频率合成器，例如ADI的 ADF4150HV ，该器件不需要额外的有源环路滤波器。虽然这两种解决方案都需要高压电源，但是使用ADF4150HV可以减少所需的组件数量。也可以避免有源滤波放大器导致的失真和相位噪声。此外，ADF4150HV允许实现小数N或整数N锁相环频率合成器。最终VCO的频率可以进行1、2、4、8或16分频，使得输出频率最低可达到31.25 MHz。
ADF4150HV的集成电荷泵所需的高电压可以使用直流-直流升压转换器 ADP1613 生成，且不降低PLL性能。 ADP1613是一款集成功率晶体管的高效开关稳压器，可以轻松实现最高20 V的输出电压。也可以使用额外的外部组件实现更高的输出电压，尤其是通过外部功率晶体管实现。ADP1613的开关频率可在650 kHz至1.3 MHz范围内调节。这样可以实现更出色的瞬态响应和简单的噪声过滤。一般而言，推荐选择高于1 MHz的开关频率，以便通过PLL环路滤波器降低开关噪声。
采用ADF4150HV的锁相环频率合成器电路通过使用集成的RF分频器，提供超宽带PLL功能。工作频率范围为62.5 MHz至2 Ghz。通过采用相同的PLL硬件设计，可以为系统中的多个不同的硬件平台生成不同的频率。但是，如果要求一项设计适用于不同的VCO类型，则需要在设计中集成相应的环路滤波器。这样才能确保锁相环可靠运行。为了实现相对较宽的输出频率调节范围，以及相关的更高输出功率，ADF4150HV的每个RF输出也需要采用小型滤波器。将27 nH电感和50 Ω电阻并联，可以有效调节高达3 GHz的频率。该电阻提供定义上的输出阻抗。较低的电感将导致频段扩展到较低的范围。
如今，也可提供适用于更大频率范围（即适用于PLL、滤波器和VCO）的一体化集成解决方案，但是，由于不同组件之间的距离过近，可能导致无用耦合。分立式设计和由此实现的物理分隔可以充分降低这种风险。
PLL频率合成器模拟工具 ADIsimPLL ?也可以为HF功能模块开发和HF信号链器件建模提供有效帮助。通过使用该工具，设计人员更容易模拟所有会影响PLL性能的重要非线性效应；例如，频率合成过程中出现的无用杂散（杂散频率）。
图2 用于ADF4150HV的高压电荷泵电源简化电路
参考文献
1 “ 压控振荡器表面贴装型号：DCYS100200-12 ” 。Synergy Microwave Corporation，2014年10月。
2 “ 电路笔记CN-0228：单电源为28 V、高压锁相环 (PLL)频率合成器供电 。 ”ADI公司，2014年6月。
图3 DCYS100200-12的控制电压与频率关系曲线1
作者简介
Thomas Brand于2015年加入德国慕尼黑的ADI公司，当时他还在攻读硕士。毕业后，他参加了ADI公司的培训生项目。2017年，他成为一名现场应用工程师。Thomas为中欧的大型工业客户提供支持，并专注于工业以太网领域。他毕业于德国莫斯巴赫的联合教育大学电气工程专业，之后在德国康斯坦茨应用科学大学获得国际销售硕士学位。
