为MAX2309优化VCO相位噪声

这篇应用笔记描述了使用MAX2309 I/Q解调器实现本地振荡器(LO) -90dBc/Hz (10kHz偏移量)相位噪声的方法。文中给出了完全的100MHz中频(IF)设计方案，介绍了压控振荡器(VCO)，环路滤波元件并给出了性能曲线。

目的

优化MAX2309评估板的LO相位噪声通过在LO的缓冲放大器的输出端测量LO。

过程

获得标准的MAX2309评估板并重新配置VCO槽路元件，使振荡频率为200MHz (两倍于中频频率)，KVCO = 6.6MHz/V。参考MAX2309评估板原理图上的标记。元件值列在表1中。

表1. 改变的VCO元件值

 

Reference Designator	New Value (200MHz)	Part Number	Manufacturer
L5	82nH	0805CS-820XKBC	Coilcraft
C61	3.9pF	COG capacitor	Murata
C4, C6	27pF	COG capacitor	Murata
D3, D5	Varactor	SMV1763-079	Alpha-Industries

 

环路滤波器设计1

环路滤波器元件值列在表2中。这个环路滤波器具有50°相位容限和425µA的充电泵电流，其单位增益频率为11.6kHz。

表2. 环路滤波器#1
 

 

Reference Designator	Filter Value
C30	560pF
R23	5.1kΩ
C29	5.6nF
R10	0Ω
C31	Open

 

图1. LO缓冲器输出的100MHz LO信号，ICP = 425µA, HP8561E

图2. 100MHz LO信号的相位噪声，HP8561E

注意：测得最初的相位噪声大约为-80dBc/Hz，然而，13MHz的参考信号源肯定具有小于可接受值的噪声输出。源信号使用KSS VC-TCXO-208C-13.0时相位噪声将改善大约6dB。

表3. 关键的测试参数

 

Parameter	Value	Units
VCC	3.0	V
FIF	100	MHz
FREF	13	MHz
FOSC	200	MHz
FCOMP	1	MHz
KVCO	6.6	MHz/V
Target Phase Noise at 10kHz	-90	dBc/Hz
TA	+25	°C

 

环路滤波器设计2

在使用改进的VCO和环路滤波器测量过相位噪声之后，开始评估第二个环路滤波器。这个滤波器是为更窄的环路带宽设计的，单位增益频率9kHz，53°相位余量，425µA充电泵电流。元件数值列在表4中。

表4. 环路滤波器#2

 

Reference Designator	Filter Value
C30	1nF
R23	3.9kΩ
C29	10nF
R10	0Ω
C31	Open

 

测量相位噪声，结果显示在图3和图4中。

图3. LO缓冲器输出的100MHz LO信号，ICP = 425µA, HP8561E

图4. 100MHz LO信号的相位噪声， HP8561E

最后，使用210µA充电泵电流进一步减小环路带宽。这导致了10kHz偏移时相位噪声的极大改善，其代价是牺牲了调谐速度。这一环路具有5kHz的单位增益频率并且有很好的相位余量44°。最后的结果显示在图5和图6中。

图5. LO缓冲器输出的100MHz LO信号，ICP = 210µA, HP8561E

图6. 100MHz LO信号的相位噪声, HP8561E

图7. MAX2309评估板, 100MHz LO相位噪声已经经过优化

图8. MAX2309评估板

图9. MAX2309评估板(续)

结论

10kHz偏移时，MAX2309可以实现大约-90dBc/Hz的相位噪声。虽然实现这一性能十分依赖于参考振荡器的频率纯度，环路滤波器设计和充电泵电流，这一结果在上述条件得到优化后最终是可以实现的。

审核编辑：郭婷