陈焕东，牛 旭，刘立青

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050081)

0 引言

频率合成技术有超过60年的发展历史，各种频率合成技术层出不穷。据报道，美国Phase Matrix公司在2009年发布了一种新的基于偏移源的频率合成技术开发的频率合成器［1］，该频率合成器相位噪声和杂散信号指标都非常出色，使得基于偏移源的频率合成技术在近几年逐渐成为一个研究热点。

分析基于偏移源的频率合成技术的相位噪声和杂散信号产生原理，并通过实际应用加以验证，对设计低相位噪声和低杂散信号的频率合成器有重要意义。

1 相位噪声分析

1.1 PLL线性模型

PLL已经成为使用最广泛的频率合成技术之一，几乎所有的频率合成器都使用PLL。PLL是一种负反馈系统，锁定后鉴相器的2个输入信号的相位φo/N和φi之间保持一个恒定的相位差φe。在锁定后，可认为PLL是线性的，其线性模型如图1所示。

图1 PLL线性模型

PLL闭环传递函数可表示为:

实际应用中，常用估算公式如下:

式中，ωn为PLL自然角频率。

1.2 基于偏移源的PLL相位噪声

如图2所示，在PLL反馈支路中加入偏移源和混频器构成一种基于偏移源的PLL。除了偏移源，其他部分称为主环。

图2中PFD为鉴频鉴相器，LF为环路滤波器。VCO信号fVCO、偏移源信号fos和鉴相信号fr之间的频率关系为:

图2 带偏移源的PLL

假设PLL中各个部分为理想无噪声，加入等效噪声源建立相位噪声模型［1］，对其进行相位噪声分析，如图3所示。

图3 加入偏移源的PLL相位噪声模型

图3中，Δφo为系统输出相位抖动;Δφos为偏移源fos的相位抖动;Δφi为参考源相位抖动;VnPD为PD引入的噪声电压;ΔφVCO、Δφnd分别为VCO和N分频器的相位抖动。……