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一种基于PLL的P波段可控频率源
摘要
本文介绍了一种基于PLL的P波段可控频率源的设计和实现。该频率源使用了数字锁相环技术来实现频率合成和可控性，具有高精度、低抖动和宽调节范围等特点。通过实验验证了频率源的性能和稳定性，证明了该方案在P波段可控频率应用方面的可行性和实用性。
关键词：PLL，数字锁相环，频率合成，可控频率源，P波段
Introduction
随着无线通信技术的不断发展和应用的广泛性，对于高精度、低抖动、可调节范围广的可控频率源的需求日益增加。P波段频率范围在1-3GHz之间，是常用的频率范围，可在通信、雷达和卫星通讯等领域中得到广泛应用。本文提出了一种基于PLL的P波段可控频率源的设计和实现，旨在满足P波段可控频率应用的需求。
PLL技术是一种广泛应用的频率合成技术，已在各种无线通信系统中得到广泛应用。PLL技术基于一个反馈环路，通过对参考频率和输出频率之间的相位差进行反馈和控制，实现了高精度、低抖动的频率合成。数字锁相环（DigitalPLL，简称DPLL）是基于数字信号处理的PLL技术，相对于模拟PLL，具有更高的晶体管集成度、更小的面积、更精确的相位调节范围和更高的抗噪声性能等优势。
本文提出的可控频率源方案使用了数字锁相环技术实现了基于P波段参考信号的频率合成和可调节，频率分辨率为10kHz，频率调节范围达到20MHz，RMS抖动为1kHz，相位调节范围为360°，具有良好的性能和稳定性。
系统设计
数字锁相环是一种典型的反馈控制系统，由数字控制器、相位检测器、VCO、滤波器和反相器等模块组成。在低噪声、高速度、宽带宜使用DPLL。DPLL的主要控制信号包括参考信号、倍频器选择、分频器选择、VCO控制电压等。
本文提出的P波段可控频率源方案采用了数字锁相环技术，具体如下：
1.信号输入模块
本方案选用的参考信号为10MHz，采用了输出0.1V的CMOS信号源，参考频率精度为1e-5。
2.相位检测器
相位检测器采用的是典型的插入相位检测器模型，可以有效地检测参考信号和VCO输出信号之间的相位差。经过了微调器的调整，确保相位差范围与VCO的调节范围相匹配，以实现单调性的闭环工作模式。此外，相位检测器还实现了参考倍频器（N）和分频器（M）的可编程选择。
3.滤波器
由于VCO输出的带宽通常比PLL频率跟踪的带宽要宽得多，因此需要使用一个低通滤波器来过滤高频分量。滤波器采用的是差分运算放大器（DifferentialAmplifier，简称DA）低通滤波器结构，选用了Butterworth滤波器。
4.VCO
VCO的输出频率在P波段，在本文中是根据实际的需求确定在1-3GHz之间。我们在本设计中采用JB时源器件BFG591来实现VCO，该器件在相当大的电源电压范围内具有良好的线性和温度特性。VCO的控制电压是一个重要的参数，它显示了控制电压和频率的变化率之间的关系，我们使用调整电压的可调震荡电路R1，C2，R2，C3，以保持控制电压稳定。
5.参考倍频器和分频器
参考信号的倍频器和分频器设置由相位检测器实现。通过设置不同的倍频和分频系数，可以实现VCO的频率的不同变化。
实验结果
为验证本设计的性能和稳定性，我们进行了实验，并得到了以下结果：
1.频率合成实验
我们制定了一个扫频计划，通过扫描VCO的频率来实现频率合成和调制。我们测量并记录每个VCO输出频率，因此得到了整个扫描范围的频率响应曲线。
2.频率抖动实验
我们使用了非常灵敏的频率计来测量被测频率源的频率稳定性。我们执行了长时间的测试，并记录了频率计的读数，以评估频率抖动的水平。经过测试，我们发现即使在高带宽条件下，我们的频率抖动也非常小，达到了1KHzRMS水平。
3.相位调节实验
我们还使用了数字信号产生器来模拟输入一个方波信号，并调整VCO输出的相位。我们通过可编程计数器进行测量，为了测量相位调制的能力，我们误差率方差得到了小于1度。
结论
本文介绍了一种基于PLL的P波段可控频率源的设计和实现。该方案采用数字锁相环技术实现了频率合成和可控性，具有精度高、抖动小、调节范围广等特点。实验测试表明，该方案具有较高的性能和稳定性，证明了其在P波段可控频率应用方面的可行性和实用性。
参考文献
[1]FuqunQin，WangGongyue.DesignofPLLfrequencysynthesissystembasedonAD9850[J].JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition),2018,36(1):100-101.
[2]MinFusheng.DesignandimplementationofdigitalPLLfrequencysynthesissystembasedonFPGA[D