介紹

為 RF 系統(tǒng)設(shè)計參考輸入電路可能很棘手。一項挑戰(zhàn)是在滿足時鐘的保護(hù)、緩沖和分配要求的同時保持輸入時鐘的相位噪聲性能。本文介紹如何設(shè)計 10MHz 參考輸入電路并優(yōu)化其性能。

設(shè)計要求

RF 儀器和無線收發(fā)器通常具有用于外部參考時鐘的輸入，例如 RF 儀器上普遍存在的 10MHz 參考輸入端口。許多這些相同的系統(tǒng)都包括通過系統(tǒng)分配參考時鐘的規(guī)定。圖 1 顯示了一種常見方案，其中參考時鐘為兩個不同的鎖相環(huán) (PLL) 提供參考輸入。

一個設(shè)計良好、穩(wěn)健的輸入可以在很寬的振幅范圍內(nèi)接受正弦波和方波信號。它會保持恒定的信號電平驅(qū)動到系統(tǒng)內(nèi)的目標(biāo) PLL 輸入，即使面對不同的輸入也是如此。暴露于世界的參考輸入端口應(yīng)具有過壓/過功率保護(hù)。最重要的是，應(yīng)盡量減少時鐘信號相位噪聲性能不可避免的退化。

設(shè)計實(shí)施

LTC6957是一款非常低的附加相位噪聲 (或抖動) 雙輸出時鐘緩沖器和邏輯轉(zhuǎn)換器LTC6957 的輸入接受幅度范圍很寬的正弦波或方波，并以恒定幅度驅(qū)動負(fù)載。

LTC6957 提供多種輸出邏輯信號選項：PECL、LVDS 和 CMOS（同相和互補(bǔ)），使其能夠驅(qū)動范圍廣泛的負(fù)載。圖 2 顯示了一個使用 LTC6957-3 的 10MHz 基準(zhǔn)輸入電路，它產(chǎn)生兩個同相 CMOS 輸出。

圖 2 中所示的變壓器具有多種功能。首先，結(jié)合其后的肖特基二極管，它提供輸入過功率/過電壓保護(hù)。二極管限制了 LTC6957-3 看到的交流電壓。WBC16-1T 可以處理高達(dá) 0.25W 的功率（3.5VRMS 到 50Ω）。

變壓器還將連接器地線（通常連接到射頻系統(tǒng)的機(jī)箱）與系統(tǒng)的內(nèi)部模擬地線隔離開來。

此外，變壓器對輸入信號施加電壓增益，從而使 LTC6957-3 看到的邊沿變陡。這有助于減少 AM 到 PM 的噪聲轉(zhuǎn)換，進(jìn)而限制相位噪聲的降低，尤其是在輸入信號較小的情況下。WBC16-1T 的電壓增益為 4。可以依賴變壓器的電壓增益 4，而不是其最大和理想的功率增益 1，因為 LTC6957-3 為變壓器提供高阻抗負(fù)載。

R1和R2可以組合調(diào)整，使輸入端口匹配到50Ω。對于小輸入信號，二極管關(guān)閉，變壓器承受圖 2 中 804Ω 的負(fù)載。由于變壓器的初級與次級阻抗比為 16，該負(fù)載反映到輸入端大約為 50Ω。對于較大的輸入信號，肖特基二極管導(dǎo)通，將 604Ω 電阻降低到接近短路的程度。這會降低參考輸入回波損耗——這個問題可以通過調(diào)整 R1 和 R2 的值來避免，但這樣做需要權(quán)衡取舍。

對于大輸入信號，可以通過增大R1的值，減小R2的值來改善輸入回波損耗，使它們的組合串聯(lián)電阻保持在800Ω左右。但是，由于 R1 與信號串聯(lián)，因此會增加噪聲。較大的 R1 與較小的 R2 相結(jié)合，導(dǎo)致出現(xiàn)在 LTC6957-3 輸入端的信號部分變小，進(jìn)一步降低了相位噪聲性能。換句話說，設(shè)計人員可以通過調(diào)整 R1 和 R2 的值來權(quán)衡相位噪聲性能與輸入回波損耗。圖 2 中顯示的值取得了這兩個性能指標(biāo)的總體平衡。

圖 2 中將連接器與變壓器隔開的交流耦合電容器提供了針對直流電源的輸入保護(hù)。

LTC6957-3 具有內(nèi)部低通濾波器，可通過 FILTA 和 FILTB 引腳進(jìn)行選擇。該選項戰(zhàn)略性地限制了 LTC6957 第一放大器級的帶寬，從而限制了電路的加性相位噪聲，尤其是當(dāng)輸入信號較弱時，如下圖所示。

表現(xiàn)

如圖 2 所示，一個 10MHz OCXO 通過步進(jìn)衰減器連接到電路的輸入端。參考輸入信號在 –10dBm 和 10dBm 之間變化，同時測量相位噪聲使用 Agilent E5052A 信號源分析儀，在具有不同輸入濾波器設(shè)置的 LTC6957-3 的輸出端。圖 3 顯示了 LTC6957-3 的 10MHz CMOS 時鐘輸出在 100kHz 偏移下測得的相位噪底。

如果不知道外部施加的 10MHz 參考信號的幅度，將 FILTA 拉低并將 FILTB 拉高會產(chǎn)生良好的整體相位噪聲性能，如圖 3 所示。不過，如果測量輸入端施加的信號電平且適當(dāng)，則可以優(yōu)化性能過濾器設(shè)置被應(yīng)用。

當(dāng)參考輸入的功率為 0dBm 至 50Ω 時，圖 2 中選擇的 R1 和 R2 值會導(dǎo)致 –9dB 的輸入回波損耗?；夭〒p耗在較低輸入功率時更好，而在較高功率時更差。

結(jié)論

一個穩(wěn)健的高性能 10MHz 基準(zhǔn)輸入電路圍繞 LTC6957-3 構(gòu)建。特性包括范圍廣泛的輸入信號類型和電平兼容性、保護(hù)和時鐘分配，相位噪聲衰減有限。評估和優(yōu)化電路的相位噪聲和輸入回波損耗。LTC6957-3 簡化了設(shè)計過程，同時實(shí)現(xiàn)了出色的整體性能。