小数频率合成源技术研究
摘要
本论文基于电子科技大学和广州邮电通信设备有限公司合作的国家科技攻关计划课题——“专用短程通信（DSRC）设备”（编号：2002BA404A23A）的要求，进行了相关电路模块的理论研究，并针对其中本振信号源进行了实验，根据科研任务分工，本论文集中论述了频率合成技术中S波段小数频率合成器的设计及实现研究。
首先，从锁相环的基本理论、原理出发，分析了锁相环中的三个基本部件：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，此后，针对线性化锁相环进行了分析，研究了在使用比例积分滤波器时，三阶锁相环的环路参数计算；在电路实现时选用了LMX2353，在此基础上，完成了2.2~2.5GHz范围内的小数频率合成器设计。并制作成功了高分辨率、快捷变的小数频率合成器的板级样品。
最后，还进行了样品的性能测试，另外，还结合该实验产品，进行了电磁兼容分析。
The thesis describes a prototype fractional frequency synthesizer which is supported by a project granted by the Ministry of Science and Technology of PR China.
Firstly, based on the principle of PLL, this paper briefly describes three basic PLL components: Phase Detector (PD), Low Pass Filter (LPF), Voltage Controlled Oscillators (VCO) , analyzes the linearized PLL and summaries the transfer functions of third-order PLL with ideal intergrator filter respectively. Based on a microwave VCO, the single point frequency PLL frequency ranging from 2.2 to 2.5GHz is developed. Based on digital PLL, the S-band frequency synthesizer is manufactured. The characterstic of PLL , as well as the mathematical model of phase noise are also investigated. The paper presents the schematic of S-band frequency synthesizer and the main circuits modules upon which, by considering the Electromagenetic Comptiblity (EMC), fractional frequency synthesizer is fabricated by both PLL and DDS, the performance of the prototype product is carefully measured. Measuring results show that the product's performance meets the pre-assigned specifications .
首先，从锁相环的基本理论、原理出发，分析了锁相环中的三个基本部件：鉴相器、环路滤波器和压控振荡器，此后，针对线性化锁相环进行了分析，研究了在使用比例积分滤波器时，三阶锁相环的环路参数计算；在电路实现时选用了LMX2353，在此基础上，完成了2.2~2.5GHz范围内的小数频率合成器设计。并制作成功了高分辨率、快捷变的小数频率合成器的板级样品。
最后，还进行了样品的性能测试，另外，还结合该实验产品，进行了电磁兼容分析。
The thesis describes a prototype fractional frequency synthesizer which is supported by a project granted by the Ministry of Science and Technology of PR China.
Firstly, based on the principle of PLL, this paper briefly describes three basic PLL components: Phase Detector (PD), Low Pass Filter (LPF), Voltage Controlled Oscillators (VCO) , analyzes the linearized PLL and summaries the transfer functions of third-order PLL with ideal intergrator filter respectively. Based on a microwave VCO, the single point frequency PLL frequency ranging from 2.2 to 2.5GHz is developed. Based on digital PLL, the S-band frequency synthesizer is manufactured. The characterstic of PLL , as well as the mathematical model of phase noise are also investigated. The paper presents the schematic of S-band frequency synthesizer and the main circuits modules upon which, by considering the Electromagenetic Comptiblity (EMC), fractional frequency synthesizer is fabricated by both PLL and DDS, the performance of the prototype product is carefully measured. Measuring results show that the product's performance meets the pre-assigned specifications .
引文
第一部分 锁相环及频率合成技术
[1] 张厥盛等《锁相与频率合成技术》电子科技大学出版社1995年，
[2] 万心平、张厥盛《集成锁相环路——原理、特性、应用》人民邮电出版社1990年，
[3] 张玉兴《射频模拟电路》电子工业出版社2002年，
[4] 罗伟雄、韩力、丁志杰《锁相技术及应用》北京理工大学出版社1990年，
[5] 桂法川《锁相与频率合成》国防工业出版社1988年，
[6] 庄卉、黄苏华、袁国春《锁相与频率合成技术》气象出版社1996年，
[7] 郑继禹、万心平、张厥盛《锁相环路原理与应用》人民邮电出版社1984年，
[8] 张厥盛、张会宁、刑静《锁相环频率合成器》电子工业出版社1997年，
[9] 何松柏《频率合成技术及应用》电子科技大学硕士论文，1997年，
第二部分 微波技术
[10] 中国集成电路大全《微波集成电路》国防工业出版社1995年，
[11] 李宗谦等《微波工程基础》东南大学出版社1996年，
[12] 王颜斌等《微波频率源及其测量》陕西科学技术出版社1991年，
[13] 鲍景富等微波信号源中的屏蔽和电磁兼容，《电讯技术》，Vol，34，No1，DEC，1993，pp31-34
第三部分 信号处理及其它基本理论
[14] 张友正等，《信号与系统》四川科学技术出版社，1985年，
[15] 张明友，《信号与系统分析》四川科学技术出版社，1991年，
[16] 罗宾斯著，秦士等译《相位噪声》人民邮电出版社，1988年，
[17] Roland,E.Best,刘顺英等译，《Phase Locked Loops Theory,Pesign,and Application》，人民邮电出版社，
[18] 黄香馥等，《网络分析与综合导论》，中国铁道出版社，1989年，
[19] 王定华等，《电磁兼容原理与设计》，人民教育出版社，1980年，
[20] 中国集成电路大全，《ECL集成电路》，国防工业出版社，1988年，
[21] A.V 奥本海姆，《信号与系统》，西安交通大学出版社，
[22] 赖祖武、王鑫昌，《电磁干扰防护与电磁兼容》，原子能出版社，1993年，
[23] 刘鹏程、邱扬，《电磁兼容原理及技术》，高等教育出版社，1993年，
[24] 《电磁兼容的原理、规范及测试》
第四部分 单片机技术
[25] 孙涵芳等，《MCS51/96系列单片机原理及应用》，北京航空航天大学出版社，1996年，
[26] 何立民，《MCS—51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术》，北京航空航天大学出版社，1995年，
[27] 周立功，《Keil C51使用技巧及实战》，广州周立功单片机发展有限公司，
[28] 马忠梅、籍顺心、张凯、马岩，《单片机的C语言应用程序设计》北京航空航天大学出版社，1998年，
第五部分 期刊论文及其他
[29] 钟景华，南京电子技术研究所；郭学雷，东南大学“Σ-Δ调制频率合成器”
《电子工程师》2002年 第28卷 第6期
[30] 徐光争、王晨、纪宝，“低相噪数字锁相频率合成器”，《微波学报》，1998年12月，
[31] 鲍景富、史悦、朱君范“毫米波频率综合技术研究”，《仪器仪表学报》，1999年01期，
[32] 庞健涛，“低相噪、低杂散数字锁相频率合成器”，《电子产品世界》，2001年21期，
[33] 徐柏德、周蕾，“小数_N分频锁相频率合成器技术”，《移动通信》，2000年第3期
[34] 孙增友、李建歧，“一种单片机控制下的锁相频率合成器的设计”。《东北电力学院学报》，1999年7月，
[35] 王和明、张忠友、王建业，“单片机控制的微型集成锁相频率合成器”，《微计算机信息》，1999年03期，
[36] 卢盛杰，“改善锁相频率合成器的一种有效方法”，《哈尔滨工程大学学报》，1995年3月，
[37] 和康元、尹学玉，“小数分频锁相频率合成器的研制”，《陕西天文台台刊》，1998年12月，
[38] Behzad Razavi,“Challenges in the Desige of Frequency Synthesizers for Wireless Applications”, IEEE CUSTOM INTEGRATED CIRCUITS CONFERENCE,1997,
[39] Chun-Huat Heng , "A 1.8 GHz CMOS fractional-N frequency synthesizer with randomized multi-phase VCO", IEEE CUSTOM INTEGRATED CIRCUITS CONFERENCE,2002,
[40] Keliu Shu,Edgar Sanchez-Sinencio and Jose Silva-Martinez, "A 2.1-GHz monolithic frequency synthesizer with robust phase switching prescaler and loop capacitance scaling",IEEE,2002,
[41] Chris Diorio,Todd Humes,Hans Notthoff,Gregory Chao,Alex Lai,John Hyde,Mark Kintis,and Aaron Oki, IEEE, 1997,
[42] Khaled M.Sharaf,“A CMOS fractional-N frequency synthesizer for low-power RF applications”, IEEE MELECON, May 7-9, 2002,
[43] Nicola Da Dalt,Member,IEEE,Sven Derksen,Patrizia Greco,Christoph Sandner,Member,IEEE,Harald Schmid,and Klaus Strohmayer,“A fully integrated 2.4-GHz LC-VCO frequency synthesizer with 3-ps jitter in 0.18-μm standard digital CMOS copper technology”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.37, NO.7, JULY 2002,
[44] Woogeun Rhee,Member,IEEE,Biagio Bisanti,and Akbar Ali,“An 18-mW 2.5-GHz 900-MHz BiCMOS dual frequency synthesizer with less than 10-Hz RF carrier resolution”,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.37, NO.4, JULY 2002,
[45] A.E.Hussein and M.I.Elmasry,“Fractional-N frequency synthesizer for wireless communications”,IEEE,2002
[1] 张厥盛等《锁相与频率合成技术》电子科技大学出版社1995年，
[2] 万心平、张厥盛《集成锁相环路——原理、特性、应用》人民邮电出版社1990年，
[3] 张玉兴《射频模拟电路》电子工业出版社2002年，
[4] 罗伟雄、韩力、丁志杰《锁相技术及应用》北京理工大学出版社1990年，
[5] 桂法川《锁相与频率合成》国防工业出版社1988年，
[6] 庄卉、黄苏华、袁国春《锁相与频率合成技术》气象出版社1996年，
[7] 郑继禹、万心平、张厥盛《锁相环路原理与应用》人民邮电出版社1984年，
[8] 张厥盛、张会宁、刑静《锁相环频率合成器》电子工业出版社1997年，
[9] 何松柏《频率合成技术及应用》电子科技大学硕士论文，1997年，
第二部分 微波技术
[10] 中国集成电路大全《微波集成电路》国防工业出版社1995年，
[11] 李宗谦等《微波工程基础》东南大学出版社1996年，
[12] 王颜斌等《微波频率源及其测量》陕西科学技术出版社1991年，
[13] 鲍景富等微波信号源中的屏蔽和电磁兼容，《电讯技术》，Vol，34，No1，DEC，1993，pp31-34
第三部分 信号处理及其它基本理论
[14] 张友正等，《信号与系统》四川科学技术出版社，1985年，
[15] 张明友，《信号与系统分析》四川科学技术出版社，1991年，
[16] 罗宾斯著，秦士等译《相位噪声》人民邮电出版社，1988年，
[17] Roland,E.Best,刘顺英等译，《Phase Locked Loops Theory,Pesign,and Application》，人民邮电出版社，
[18] 黄香馥等，《网络分析与综合导论》，中国铁道出版社，1989年，
[19] 王定华等，《电磁兼容原理与设计》，人民教育出版社，1980年，
[20] 中国集成电路大全，《ECL集成电路》，国防工业出版社，1988年，
[21] A.V 奥本海姆，《信号与系统》，西安交通大学出版社，
[22] 赖祖武、王鑫昌，《电磁干扰防护与电磁兼容》，原子能出版社，1993年，
[23] 刘鹏程、邱扬，《电磁兼容原理及技术》，高等教育出版社，1993年，
[24] 《电磁兼容的原理、规范及测试》
第四部分 单片机技术
[25] 孙涵芳等，《MCS51/96系列单片机原理及应用》，北京航空航天大学出版社，1996年，
[26] 何立民，《MCS—51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术》，北京航空航天大学出版社，1995年，
[27] 周立功，《Keil C51使用技巧及实战》，广州周立功单片机发展有限公司，
[28] 马忠梅、籍顺心、张凯、马岩，《单片机的C语言应用程序设计》北京航空航天大学出版社，1998年，
第五部分 期刊论文及其他
[29] 钟景华，南京电子技术研究所；郭学雷，东南大学“Σ-Δ调制频率合成器”
《电子工程师》2002年 第28卷 第6期
[30] 徐光争、王晨、纪宝，“低相噪数字锁相频率合成器”，《微波学报》，1998年12月，
[31] 鲍景富、史悦、朱君范“毫米波频率综合技术研究”，《仪器仪表学报》，1999年01期，
[32] 庞健涛，“低相噪、低杂散数字锁相频率合成器”，《电子产品世界》，2001年21期，
[33] 徐柏德、周蕾，“小数_N分频锁相频率合成器技术”，《移动通信》，2000年第3期
[34] 孙增友、李建歧，“一种单片机控制下的锁相频率合成器的设计”。《东北电力学院学报》，1999年7月，
[35] 王和明、张忠友、王建业，“单片机控制的微型集成锁相频率合成器”，《微计算机信息》，1999年03期，
[36] 卢盛杰，“改善锁相频率合成器的一种有效方法”，《哈尔滨工程大学学报》，1995年3月，
[37] 和康元、尹学玉，“小数分频锁相频率合成器的研制”，《陕西天文台台刊》，1998年12月，
[38] Behzad Razavi,“Challenges in the Desige of Frequency Synthesizers for Wireless Applications”, IEEE CUSTOM INTEGRATED CIRCUITS CONFERENCE,1997,
[39] Chun-Huat Heng , "A 1.8 GHz CMOS fractional-N frequency synthesizer with randomized multi-phase VCO", IEEE CUSTOM INTEGRATED CIRCUITS CONFERENCE,2002,
[40] Keliu Shu,Edgar Sanchez-Sinencio and Jose Silva-Martinez, "A 2.1-GHz monolithic frequency synthesizer with robust phase switching prescaler and loop capacitance scaling",IEEE,2002,
[41] Chris Diorio,Todd Humes,Hans Notthoff,Gregory Chao,Alex Lai,John Hyde,Mark Kintis,and Aaron Oki, IEEE, 1997,
[42] Khaled M.Sharaf,“A CMOS fractional-N frequency synthesizer for low-power RF applications”, IEEE MELECON, May 7-9, 2002,
[43] Nicola Da Dalt,Member,IEEE,Sven Derksen,Patrizia Greco,Christoph Sandner,Member,IEEE,Harald Schmid,and Klaus Strohmayer,“A fully integrated 2.4-GHz LC-VCO frequency synthesizer with 3-ps jitter in 0.18-μm standard digital CMOS copper technology”, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.37, NO.7, JULY 2002,
[44] Woogeun Rhee,Member,IEEE,Biagio Bisanti,and Akbar Ali,“An 18-mW 2.5-GHz 900-MHz BiCMOS dual frequency synthesizer with less than 10-Hz RF carrier resolution”,IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.37, NO.4, JULY 2002,
[45] A.E.Hussein and M.I.Elmasry,“Fractional-N frequency synthesizer for wireless communications”,IEEE,2002
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