探索LMX2820：高性能寬帶射頻合成器的卓越之選

在電子工程師的設(shè)計(jì)世界里，高性能、寬頻帶的射頻合成器一直都是追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入探討一款備受矚目的產(chǎn)品——LMX2820，它是德州儀器（TI）推出的一款具有相位同步和JESD204B支持的22.6-GHz寬帶PLLatinum? RF合成器。

文件下載：lmx2820.pdf

一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）頻率范圍與抖動(dòng)性能

LMX2820的輸出頻率范圍為45 MHz至22.6 GHz，能夠滿足多種不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在6 GHz時(shí)，它具有36-fs rms抖動(dòng)（12 kHz – 95 MHz），這一出色的抖動(dòng)性能為高精度的信號(hào)處理提供了堅(jiān)實(shí)保障。

（二）高性能PLL

其PLL的品質(zhì)因數(shù)達(dá)到了–236 dBc/Hz，歸一化1/f噪聲為–134 dBc/Hz，在整數(shù)模式下雜散低至 -95 dBc（ (f_{PD}=100 MHz) ）。高相位檢測(cè)器頻率在整數(shù)模式下可達(dá)400-MHz，分?jǐn)?shù)模式下為300-MHz，并且還具備可編程輸入倍增器，可有效減少整數(shù)邊界雜散。此外，直接PFD輸入支持偏移混頻，能讓PLL N分頻器為1，實(shí)現(xiàn)超低抖動(dòng)。

（三）快速校準(zhǔn)與靜音功能

VCO校準(zhǔn)時(shí)間僅為2.5-μs，能夠快速響應(yīng)頻率變化。靜音引腳的靜音/取消靜音時(shí)間為200-ns，并且在啟用倍頻器時(shí)，VCO泄漏低至–45-dBc。

（四）多設(shè)備同步與接口支持

支持多個(gè)設(shè)備的輸出相位同步，擁有兩個(gè)差分RF輸出和一個(gè)差分SYSREF輸出，可滿足JESD204B標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用需求。

二、廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

（一）雷達(dá)與電子戰(zhàn)

在雷達(dá)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，需要高精度、寬頻帶的信號(hào)源來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)和干擾。LMX2820的高性能和寬頻率范圍使其能夠?yàn)檫@些系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的信號(hào)，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。

（二）5G與毫米波無線基礎(chǔ)設(shè)施

隨著5G技術(shù)的發(fā)展，毫米波頻段的應(yīng)用越來越廣泛。LMX2820的高輸出頻率和低抖動(dòng)特性，能夠滿足5G和毫米波無線基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)信號(hào)質(zhì)量和頻率精度的嚴(yán)格要求。

（三）微波回傳與測(cè)試測(cè)量

在微波回傳和測(cè)試測(cè)量設(shè)備中，需要精確的時(shí)鐘信號(hào)來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和測(cè)量結(jié)果的可靠性。LMX2820可以作為低噪聲時(shí)鐘源，為這些設(shè)備提供高質(zhì)量的時(shí)鐘信號(hào)。

（四）高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘

對(duì)于高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)是保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度的關(guān)鍵。LMX2820能夠生成符合JESD204B標(biāo)準(zhǔn)的SYSREF信號(hào)，為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器提供可靠的時(shí)鐘支持。

三、深入了解產(chǎn)品細(xì)節(jié)

（一）功能模塊剖析

1. 參考振蕩器輸入：OSCIN引腳作為頻率參考輸入，具有高阻抗，需要交流耦合電容。支持CMOS時(shí)鐘或XO的單端輸入，也支持差分時(shí)鐘輸入，方便與高性能系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)備接口。
2. 輸入路徑：包括OSCIN倍頻器、Pre - R分頻器、可編程輸入倍增器和Post - R分頻器。倍頻器可將低輸入頻率加倍，提高相位檢測(cè)器頻率；可編程輸入倍增器可避免整數(shù)邊界雜散，但會(huì)對(duì)PLL品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生一定影響。
3. PLL相位檢測(cè)器和電荷泵：相位檢測(cè)器比較R分頻器和N分頻器的輸出，產(chǎn)生與相位誤差對(duì)應(yīng)的校正電流。電荷泵電流可通過軟件編程設(shè)置不同級(jí)別，以調(diào)整PLL的閉環(huán)帶寬。
4. N分頻器和分?jǐn)?shù)電路：N分頻器將VCO頻率分頻至相位檢測(cè)器頻率，包括整數(shù)部分（PLL_N）和分?jǐn)?shù)部分（PLL_NUM / PLL_DEN）。分?jǐn)?shù)部分可實(shí)現(xiàn)精細(xì)的頻率分辨率，分?jǐn)?shù)調(diào)制器階數(shù)可編程，不同階數(shù)對(duì)雜散有不同影響。
5. 內(nèi)部VCO：集成的VCO將環(huán)路濾波器的電壓轉(zhuǎn)換為頻率，頻率范圍為5.65 GHz至11.3 GHz。為了降低VCO調(diào)諧增益和改善相位噪聲性能，需要進(jìn)行頻率校準(zhǔn)，并且VCO具有內(nèi)部幅度校準(zhǔn)算法。
6. 通道分頻器和輸出頻率倍頻器：通道分頻器可對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行分頻，輸出頻率倍頻器可將VCO頻率加倍。倍頻器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生子諧波，通過可調(diào)濾波器可對(duì)其進(jìn)行濾波。
7. 輸出緩沖器：采用開集電極架構(gòu)，內(nèi)部集成50 - Ω上拉電阻。OUTx_PWR編程字段可設(shè)置發(fā)射極電流，調(diào)整輸出功率電平。
8. 相位同步和SYSREF功能：支持多個(gè)設(shè)備的相位同步，可通過MASH_SEED字進(jìn)行相位調(diào)整。SYSREF功能可生成與輸出信號(hào)同步的可編程延遲信號(hào)，滿足特定應(yīng)用對(duì)時(shí)鐘同步的需求。

（二）設(shè)備功能模式

LMX2820具有六種基本工作模式，可根據(jù)需要選擇內(nèi)部或外部VCO，并通過不同的反饋模式將VCO輸出發(fā)送到相位檢測(cè)器。在外部VCO模式下，需要注意輸出緩沖器的使用和電荷泵電壓的問題，建議使用有源濾波器。

四、設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

（一）未使用引腳處理

在實(shí)際應(yīng)用中，并非所有引腳都會(huì)被使用。對(duì)于未使用的引腳，如單端輸入時(shí)的OSCIN_N、單端輸出時(shí)的RFOUTA_N和RFOUTB_N等，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，以確保系統(tǒng)性能。

（二）外部環(huán)路濾波器

外部環(huán)路濾波器對(duì)于LMX2820的性能至關(guān)重要。其設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行配置，可使用PLLatinum Sim軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。VTUNE引腳的外部電容對(duì)VCO相位噪聲有影響，建議電容值至少為1.5 nF，并靠近VTUNE引腳放置。

（三）即時(shí)校準(zhǔn)的使用

即時(shí)校準(zhǔn)功能可使設(shè)備在2.5 μs內(nèi)快速校準(zhǔn)VCO，并選擇相同的校準(zhǔn)設(shè)置。初始化時(shí)需要按照特定的步驟進(jìn)行操作，初始化完成后，只要電源不中斷且相位檢測(cè)器頻率不變，后續(xù)頻率變化可通過即時(shí)校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。

（四）電源供應(yīng)建議

為了減少分?jǐn)?shù)雜散，可在電源引腳使用鐵氧體磁珠。該設(shè)備集成了LDO，可提高對(duì)電源噪聲的抵抗力，可使用外部DC - DC降壓轉(zhuǎn)換器供電，如TPS62150。

（五）布局設(shè)計(jì)

布局設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一般的PLL設(shè)備布局原則，如GND引腳的正確路由、OSCIN引腳的交流耦合、VTUNE引腳電容的選擇等。同時(shí)，要確保設(shè)備的散熱和輸出功率性能，可使用低損耗介電材料和大的熱焊盤。

五、總結(jié)與思考

LMX2820以其出色的性能和豐富的功能，為電子工程師在設(shè)計(jì)高性能射頻系統(tǒng)時(shí)提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體的需求和設(shè)計(jì)要求，合理選擇工作模式、配置參數(shù)和進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。你在使用類似射頻合成器時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。

希望通過本文的介紹，能夠幫助大家更好地了解和應(yīng)用LMX2820，在電子設(shè)計(jì)的道路上取得更好的成果。