將MAX2902與外部頻率合成器結(jié)合使用方法

摘要：MAX2902 ISM發(fā)射機設(shè)計為與外部頻率合成器芯片配合使用，構(gòu)建一套完整的發(fā)射機方案。這里既可使用分數(shù)N也可使用整數(shù)N頻律合成器芯片，這取決于系統(tǒng)的要求。為具體的應(yīng)用中挑選合適的頻率合成器芯片時，必須理解在這兩種芯片之間信道間隔、相位噪聲和PLL鎖定時間的差別。本篇應(yīng)用筆記詳細說明它們之間的主要差別，幫助用戶選擇合適的頻率合成器芯片。

MAX2900-MAX2904為單片200mW發(fā)射機，設(shè)計用于868MHz/915MHz頻段。每款芯片內(nèi)部集成了基帶偽隨機(PN)序列低通濾波器、發(fā)射調(diào)制器、功放和射頻VCO。MAX2900, MAX2901和MAX2903也包括一個完整的頻率合成器，允許這些器件作為完整的射頻發(fā)射機解決方案。MAX2902和MAX2904則設(shè)計為與外部的頻率合成器結(jié)合使用，為頻率規(guī)劃和信道設(shè)置提供最大靈活性。

選擇頻率合成器芯片時，第一步是決定使用整數(shù)N還是分數(shù)N型頻率合成器。設(shè)計良好的Σ-Δ分數(shù)N頻率合成器能夠在相位噪聲、PLL鎖定時間和鑒相噪聲抑制方面提供優(yōu)異的性能。雖然分數(shù)N頻率合成器的成本不斷降低，但整數(shù)N頻率合成器芯片仍然提供價格更低廉的解決方案。理解性能參數(shù)如何折衷將會有助于在使用何種頻率合成器中做出正確的決定。

鑒相頻率

將MAX2902與外部分數(shù)N頻率合成器結(jié)合使用相對于與整數(shù)N頻率合成器結(jié)合使用的一個主要區(qū)別便是可以使用更高的鑒相頻率(F_COMP)，同時保持同樣或者在許多應(yīng)用中更小的頻率分辨率或者步進(F_STEP)。在整數(shù)N頻率合成器中步進頻率與鑒相頻率相同。然而在分數(shù)N頻率合成器中，步進頻率與鑒相頻率相關(guān)，其關(guān)系為，F(xiàn)_STEP = F_COMP/2^BITS這里BITS為頻率合成器的分數(shù)位數(shù)。

高的鑒相頻率能夠極大地減少本振(LO)信號的帶內(nèi)相位噪聲。相位噪聲正比于頻率合成器中主分頻器值(N)。提高鑒相頻率，同樣的射頻頻率只需要較小的N值，因而降低了分頻器的噪聲貢獻。相位噪聲的減少量可以根據(jù)下式計算：

環(huán)路帶寬

當頻率合成器鑒相頻率增加時，可以使用更寬的環(huán)路帶寬，同時沒有惡化鑒相噪聲的抑制性能。當鑒相頻率的增加時，鑒相噪聲被推到遠處，允許環(huán)路濾波器的3dB點搬移到遠處，同時仍然保持對參考雜散的充分抑制。

增加環(huán)路帶寬的優(yōu)點是鎖定時間更短。鎖定時間反比于環(huán)路濾波器的截止頻率，因而增加環(huán)路帶寬可以縮短PLL的鎖定時間。在許多應(yīng)用中鎖定時間是關(guān)鍵參數(shù)，具有寬的環(huán)路帶寬的分數(shù)N頻率合成器非常重要。

增加環(huán)路帶寬的缺點是鑒相器噪聲在更寬的帶寬內(nèi)積分。相位噪聲在環(huán)路濾波器截止頻率內(nèi)為常量，在此之外便開始滾降。因而，當環(huán)路濾波器拐角頻率往更遠處搬移時，根據(jù)公式，ΔIntegrated Noise = 10 x log(F₂/F₁) LO信號的積分相位誤差也會增加，在式子中F1和F2分別為窄和寬的環(huán)路帶寬。

注意耦合

MAX2902具有片內(nèi)集成的功放，能夠輸出高達+23.5dBm (典型值)。這樣大的功率值很容易使調(diào)制的射頻輸出信號耦合到MAX2902與頻率合成器芯片之間VCO的布線上。仔細考慮布線和接地將有助于減少耦合，但由于布局空間大小的約束通常很難完全消除耦合的影響。VCO線上的干擾信號會導(dǎo)致MAX2902的LO相位噪聲性能惡化。環(huán)路帶寬越寬，射頻耦合對電路的影響越小，因為閉環(huán)會衰減耦合噪聲。但是前面已經(jīng)提到，寬的環(huán)路帶寬會增加系統(tǒng)的積分相位誤差。

應(yīng)用例子

本篇筆記提供兩個例子。第一個例子使用整數(shù)N頻率合成器結(jié)構(gòu)，而第二個則使用分數(shù)N頻率合成器結(jié)構(gòu)。 使用的是同一個的頻率合成器芯片中的整數(shù)和分數(shù)兩個模式，用于說明MAX2902在閉環(huán)中的典型性能。兩種配置的設(shè)置參數(shù)在下面與相位噪聲特性圖一起列出。兩種配置根據(jù)頻率合成器總體要求提供可行的現(xiàn)實世界解決方案。

使用的分數(shù)N頻率合成器具有4比特的分數(shù)位數(shù)，能夠提供模16的分數(shù)量。這允許鑒相頻率大于整數(shù)型中的8倍，同時提供小于50%的步進頻率間隔。如果使用模數(shù)更大的分數(shù)頻率合成器，這個差別會更大。

從相位噪聲曲線圖上可以看到，帶內(nèi)相位噪聲的差為(-73.00 - -82.83) = 9.83dB。這個值非常接近于基于不同N分頻值的計算公式的理論差值10 * log (5856/732) = 9.03dB。因而分數(shù)頻率合成器改善了帶內(nèi)相位噪聲。然而，當計算積分相位誤差時，整數(shù)和分數(shù)兩種方法所得到的積分相位誤差值分別收斂于-29dBc和-30dBc。在使用分數(shù)頻率合成器的例子中，寬的環(huán)路帶寬雖然失去了初始相位噪聲的優(yōu)點，卻改善了PLL約5倍的鎖定時間。

結(jié)論

MAX2902是一款高度集成的發(fā)射機芯片，可與整數(shù)N或者分數(shù)N頻率合成器結(jié)合以構(gòu)建完整的發(fā)射機解決方案。當挑選使用何種頻率合成器與MAX2902配合使用時，首先要理解和評估主要的性能指標和它們之間的折衷。相位噪聲、鎖定時間、信道間隔和成本也都會隨頻率合成器方案的不同而不同。