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發布日期：2022-05-11 點擊率：178
在通信領域中，帶寬就是一切。對于無線多媒體、瞬時數據、高語音質量和其它一些關鍵服務，帶寬是至關重要的。但帶寬屬于有限資源，我們需要使用先進的基于幅度和相位的調制格式，以將最多的信息擠壓到給定的頻帶中。微波頻率合成器是實現高帶寬效率最為關鍵的部件之一，現代合成器利用了各種現有的數字技術，以達到最現代的通信系統所要求的噪聲、穩定性和分辨率標準。
當然，從微小的系統級芯片( SoC)器件和緊湊的模塊到粗糙的軍用級架式安裝系統和臺式(bench-top)儀器，頻率合成器有多種不同的形狀和尺寸。現有的頻率合成器技術幾乎就像其封裝型號一樣各不相同，包括模擬技術、數字技術或兩者的結合(后者更為常見)。傳統上，頻率合成器依賴于鎖相環( PLL)架構，這個架構把可調振蕩器(如壓控振蕩器或YIG調諧振蕩器)的相位鎖定在具有固有高穩定性的參考源(如OCXO，恒溫晶體振蕩器)的相位。
早期為無線便攜設備設計的大多數SoC合成器設計都依賴PLL架構，通過單一的RF或IF合成器來提供無線接收器或發射器所需要的本振(LO)頻率。最近，富士通微電子美國公司(www.fujitsu.com)等領先的PLL芯片供應商已經在一塊單芯片上組合了多個PLL電路，比如，該公司的MB15U30SP是一種串行輸入式PLL合成器，帶有2.5GHz和510MHz預定標器(prescaler)，能夠產生達到這些最高頻率的輸出信號。這種雙PLL可以節省出一塊IC的電路板空間，非常適于要求采用RF和IF信號作為本振的移動通訊應用。
類似地，美國國家半導體公司面向數字蜂窩應用提供LMX2364雙頻率合成器，它基于分數N和整數N綜合兩種可選的頻率合成技術。這款IC將2.6GHz分數N合成器和小功率850MHz整數N合成器組合在一起，分數N合成器技術也是美國模擬器件公司(ADI)生產的ADF4154型IC的基礎。這種單頻率合成器把整數和分數寄存器相結合來產生高分辨率和低噪聲的輸出信號，頻率范圍為0.5-4.0GHz。
ADI也是增長最快的頻率合成技術之一——直接數字合成(DDS)技術的供應商。DDS技術把數字指令存儲在頻率和相位累加器(accumulator)中，并通過高性能數模轉換器(DAC)把數字指令轉換成CW(連續波)和調制波。基于奈奎斯特定理(采樣頻率至少是信號頻率的二倍，以使數字代碼可靠地表達原始信號)，按照經驗保守地來說，直接數字合成器可以以時鐘頻率40%左右的頻率可靠地產生輸出信號。
例如，ADI的AD9858是一種帶有積分式10位DAC的完全的直接數字合成器。其工作頻率高達1GSps，因此可輸出400MHz或更高的頻率。使用32位的頻率調諧字(FTW)，該合成器的頻率分辨率可達1Hz以下。其板上DAC的相位噪聲低于-130 dBc/Hz(載波偏移1kHz處)。頻率調諧和控制字按照8位并行或串行格式加載到AD9858。實際上，AD9858工作頻率可達到2GHz，因為它在時鐘輸入端口包含有一個除2電路。
DDS技術先驅之一Sciteq電子公司目前是Meret光學系統公司的一部分。Meret光學公司依然支持許多Sciteq DDS產品，其中包括時鐘頻率最高達500MHz的基于鎵鍺的ADS-63x。這一模塊的尺寸為5×7×1.125英寸，可以提供內部時鐘或依靠外部時鐘驅動。依靠其32位頻率字和230MHz的高帶寬，這款DDS的頻率分辨率高于0.12Hz，頻率切換速度高于65ns。從100MHz載波偏移1kHz處的相位噪聲優于–105dBc/Hz，在180MHz處的雜波水平低于–55dBc。
除了提供PLL合成器和PLL/DDS組合型器件之外，該公司還提供采用雙累加器架構、可產生線性頻率調制波(線性FM或chirp)的DCP-1 DDS模塊。該模塊運行頻率最高達500MHz，可產生頻率高達230MHz的輸出信號，尺寸為1×5×7英寸。這個緊湊的模塊包含電源、參考源、時鐘發生器、輸出濾波器、控制接口和冷卻扇，適用于電子戰(EW)、導彈導引頭、壓縮型接收器(compressive receiver)和合成孔徑雷達(SAR)等應用，另外，該公司還提供外殼高度為5.25英寸的架裝型產品。
ITT Microwave公司提供的WaveCor系列模塊化頻率合成器也是基于DDS技術的產品。同Meret Optical公司相比，ITT Microwave公司是從斯坦福電信公司獲得了DDS技術。ITT公司的STEL-2375B是一種DDS chirp合成器，其最高時鐘頻率為1GHz，輸出頻率范圍為從直流到400 MHz。其32位的頻率分辨率也使頻率步長精細到0.23Hz，其高精度DAC的雜波水平低于–50 dBc。這個模塊型合成器的尺寸僅為2.33×1.14×0.21英寸。
Synergy Microwave公司提供的運行頻率為1900 MHz到4100MHz、頻率步長為1MHz的FSW190410-100表面安裝單元，是封裝尺寸最小的頻率合成器之一，封裝尺寸只有0.940×0.940×0.300英寸。這種輸出功率為+3dBm、雜波水平為–70 dBc的微型合成器可以在10ms(典型值)之內穩定到一個新的頻率。從載波偏離1 kHz和100 kHz處的相位噪聲分別為–85dBc/Hz和–110dBc/Hz。
dBm公司提供的FSS系列寬帶模塊式頻率合成器的頻率覆蓋范圍為6到18GHz。這種緊湊型單元的輸出功率為+13dBm，標準頻率分辨率為1MHz，雜波成分為–50dBc。偏離載波100Hz和100kHz處的相位噪聲分別為–65dBc/Hz和–90dBc/Hz。這種模塊式合成器的尺寸為8.75×4.76×4.75英寸，使用14位二進制控制碼，切換時間不高于200 ?s。
盡管前面提到的許多產品利用DDS技術實現了高分辨率和高切換速度，但從更早以前開始人們就在使用直接模擬技術來產生開關速度極高、干凈且穩定的輸出信號。這類合成器的最著名的供應商之一——Aeroflex公司向自動測試設備(ATE)、電子戰(EW)模擬器、雷達和雷達橫截面(RCS)測量等眾多應用領域提供FS5000直接模擬頻率合成器。這些頻率合成器頻段范圍從300MHz到26.5GHz，通過對參考源進行乘法和除法運算來產生一組頻率，并通過開關和濾波器從中選出期望的輸出。由于所有輸出頻率一直處于“開”狀態，只需進行選擇就可以獲得期望的信號，因而調整時間極短。盡管該方法使用的元件數量多，但它可以獲得相對高的頻譜純度(依賴于參考源的品質)以及最快的開關速度。
例如，在該產品的頻率范圍內，FS5000的頻率切換時間可達200ns甚至更短，輸出功率為+10dBm，通過并行BCD或GPIB控制實現頻率切換。這種合成器使用架裝式機箱，標準頻率分辨率為1MHz，并提供更高的備選分辨率。
Herley-CTI公司的DS系列寬帶直接頻率合成器的覆蓋范圍為10MHz到20.48GHz，頻率切換時間為30ns到1?s，其頻率分辨率達1Hz，而10GHz載波偏移10kHz處的相位噪聲為–120 dBc/Hz。對于要求較小帶寬的應用，該公司也提供DSX系列的直接頻率合成器，頻率范圍為0.5 到18.0 GHz的25%。
該公司還為軍事和商業應用提供VSS系列微型頻率合成器。這些緊湊型合成器的頻率范圍為500MHz 到14GHz的5 %-17 %，從900MHz載波偏移10kHz和100kHz處的相位噪聲分別為–115dBc/Hz和–137dBc/Hz。該產品尺寸只有2.25×2.64×0.5英寸。
MITEQ公司的SLS系列快速調諧合成器的調諧范圍為1到15GHz的二分之一倍頻程。這種基于PLL的合成器僅需500 ?s 就可對新的頻率實現相位鎖定，帶內雜波性能達–70dBc。頻率步長的范圍為200kHz到10MHz(依賴于頻率)，最小輸出功率為+10dBm。
Micro Lambda無線公司盡管以其低噪聲YIG振蕩器而著稱，但它也提供基于YIG技術的頻率合成器。例如，MLSE系列的寬帶合成器有三個型號，分別覆蓋2到20GHz、1到22GHz和2到22GHz，頻率分辨率均為1Hz。這些產品的輸出功率高達+20dBm，全頻的切換時間達31ms或更短，跳躍100MHz頻寬的切換時間為10ms。雜波成分為-60dBc，而從10GHz載波偏移100Hz和100kHz處的相位噪聲分別為–78dBc/Hz和–117dBc/Hz。MLSE合成器的尺寸為7×5×2。
該公司還開發了基于永磁YIG調諧振蕩器(PMYTO)的MLSL系列微型頻率合成器。該MLSL系列頻率范圍為2到12GHz，調諧步長為2GHz，封裝尺寸為2.5×2.5×1.0英寸。從載波偏移10kHz時的相位噪聲典型值為–98 dBc/Hz，雜波水平低至-70dBc。該系列合成器耗能低于6W，切換速度為100ms。
Wide Band Systems公司最知名的產品或許是瞬時測頻(IFM)接收器和數字鑒頻器(DFD)，它也提供一種運行在2.25到18.0GHz范圍內的寬帶、快速調諧合成器。這種頻率合成器采用雙體架裝機箱或緊湊型6×6×1英寸模塊，輸出功率為+13dBm，最大雜波水平為-60dBc。從載波偏移1kHz和100 kHz處的相位噪聲典型值分別為–75dBc/Hz和–95dBc/Hz。開關速度典型值為3?s。標準頻率分辨率為1MHz，不過還可以提供最高分辨率為5 kHz的產品。
Anritsu公司提供的MG3690B系列間接頻率合成器是功率最大的合成器之一，其標準型號的輸出功率為+17dBm(最高頻率為20GHz)，并提供輸出功率為+23dBm(最高頻率為20GHz)的非標準產品。這些合成器從0.1Hz到65GHz有多種不同的帶寬型號，可以在大約5ms時間內跳過1GHz的頻段。如果與該公司的63850-xx系列的限帶波導(waveguide)乘法器相結合，頻率范圍可以擴展到325GHz。
Elcom技術公司生產的UFS-18直接模擬合成器也是一個超寬帶頻率合成器，其開關速度為200ns，頻率范圍為3
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