MEMS時(shí)鐘振蕩器在射頻系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、mems時(shí)鐘振蕩器在射頻系統(tǒng)中的應(yīng)用本地振蕩器通過(guò)鎖相環(huán)路倍頻，產(chǎn)生射頻混頻電路所需要的本振驅(qū)動(dòng)信號(hào)。參考時(shí)鐘振蕩器的頻率精確度和穩(wěn)定度打算了本振信號(hào)和射頻工作頻率的精確度和穩(wěn)定度。對(duì)頻率精度要求不高的射頻系統(tǒng)用法射頻芯片內(nèi)置振蕩器電路與外接石英晶體諧振器組成參考時(shí)鐘振蕩器，這可以達(dá)到10-410-5的頻率精度。對(duì)頻率誤差和環(huán)境穩(wěn)定性要求更高的射頻通信系統(tǒng)需要自立的溫補(bǔ)振蕩器(tcxo)或頻率可以微調(diào)的牽引溫補(bǔ)振蕩器(vc-tcxo)來(lái)達(dá)到10-610-7精度等級(jí)。恒溫振蕩器(ocxo)隔離了外部溫度對(duì)振蕩器的影響，使頻率精度達(dá)到了10-810-9，能滿(mǎn)足無(wú)線基站和高容量光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)光

2、和頻率基準(zhǔn)要求。射頻系統(tǒng)的時(shí)鐘發(fā)生電路可提供數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的取樣時(shí)鐘、基帶數(shù)字信號(hào)處理器時(shí)鐘、串行數(shù)據(jù)和時(shí)鐘復(fù)原電路的本地時(shí)鐘。作為時(shí)鐘發(fā)生電路的參考源，時(shí)鐘振蕩器的相位噪聲和顫動(dòng)性能，對(duì)模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換的信噪比和數(shù)據(jù)傳輸誤碼率和復(fù)原時(shí)鐘的顫動(dòng)都有重要影響。射頻系統(tǒng)的通信同步和顫動(dòng)清除電路也是時(shí)鐘振蕩器的重要應(yīng)用。經(jīng)過(guò)無(wú)線或有線信號(hào)傳輸和時(shí)鐘復(fù)原過(guò)程，受信道噪聲的影響，系統(tǒng)時(shí)鐘的相位噪聲和顫動(dòng)會(huì)增強(qiáng)。顫動(dòng)清除電路應(yīng)用窄帶鎖相環(huán)路和具有低相位噪聲特性的牽引振蕩器(vcxo)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘相位噪聲舉行過(guò)濾，可獲得低顫動(dòng)的時(shí)鐘輸出。全硅mems時(shí)鐘振蕩器的頻率穩(wěn)定性和相位噪聲性能在最近幾年取得了突破性的

3、發(fā)展。mems振蕩器也呈現(xiàn)了優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性(全溫度、沖擊、振動(dòng)、電磁干擾、電源噪聲)和器件牢靠性。 在架構(gòu)上，全硅mems時(shí)鐘振蕩器結(jié)合了固定頻率的mems諧振器和提供溫度補(bǔ)償和頻率合勝利能的、具有高辨別率的、分?jǐn)?shù)n鎖相環(huán)電路?；谶@一架構(gòu)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種不同類(lèi)別的時(shí)鐘振蕩器從單端和差分信號(hào)輸出的標(biāo)準(zhǔn)振蕩器、tcxo、vc-tcxo、vcxo到數(shù)字控制振蕩器(dcxo)。本文介紹基于mems的dcxo和傳統(tǒng)牽引振蕩器在顫動(dòng)清除和通信同步鎖相環(huán)路應(yīng)用中的比較。并以實(shí)例解釋如何應(yīng)用高性能dcxo和來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔的、全數(shù)字化的顫動(dòng)清除鎖相環(huán)電路。頻率控制辦法振蕩器可通過(guò)挺直牽引頻率或用法高辨別率鎖相

4、環(huán)調(diào)節(jié)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率控制。挺直牽引頻率的vcxo用調(diào)節(jié)變?nèi)輥?lái)轉(zhuǎn)變諧振電路，而挺直牽引頻率的dcxo通過(guò)可編程開(kāi)關(guān)切換不同的諧振電容。用法石英晶體諧振器的vcxo挺直牽引頻率調(diào)節(jié)可以保持低相位噪聲，但牽引范圍被限制在約±200ppm。當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用需要更寬的頻率牽引范圍和與晶體振蕩器相近的低噪聲特性時(shí)，用戶(hù)更傾向于挑選基于鎖相環(huán)的mems控制振蕩器架構(gòu)，由于它們可以提供高達(dá)±1600ppm的牽引范圍。基于鎖相環(huán)的mems vcxo內(nèi)部電路包括一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)一個(gè)分?jǐn)?shù)n鎖相環(huán)來(lái)調(diào)整輸出頻率。該架構(gòu)在牽引范圍和vco增益(kv)的線性度都優(yōu)于挺直牽引方

5、式。基于變?nèi)荻O管的vcxo的vco增益線性度僅為10，而鎖相環(huán)頻率牽引的線性度可以達(dá)到0.1% 至1.0%。良好的線性度使得鎖相環(huán)路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化并在囫圇工作范圍內(nèi)越發(fā)穩(wěn)定。然而，增強(qiáng)鎖相環(huán)vcxo牽引范圍通常會(huì)增強(qiáng)振蕩器輸出的相位噪聲，這是設(shè)計(jì)人員不肯意增強(qiáng)牽引范圍的一個(gè)緣由。dcxo可以解決這個(gè)問(wèn)題。dcxo可以接收數(shù)字化的頻率牽引信號(hào)，并挺直驅(qū)動(dòng)dcxo內(nèi)部全數(shù)字化的鎖相環(huán)反饋分頻器及調(diào)制器，不需要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，從而清除了近載波相位噪聲的一個(gè)來(lái)源。dcxo可以做到在增強(qiáng)頻率牽引范圍而不增強(qiáng)近載波相位噪聲，并具有優(yōu)于1%十分線性的增益響應(yīng)，這可與最好的vcxo相媲美。dcxo提供許多可編程參數(shù)，因此，設(shè)計(jì)人員可以有更多kv、輸出頻率、牽引范圍參數(shù)的挑選。dcxo參數(shù)的挑選dcxo在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下可用的肯定頻率牽引范圍(apr)是由振蕩器電路的牽引范圍，頻率穩(wěn)定性和長(zhǎng)久老化特性所打算的。例如，一個(gè)±150ppm牽引范圍，頻率穩(wěn)定性±10ppm和老化特性 ±5ppm的dcxo將有±135ppm的apr。假如振蕩器的頻率穩(wěn)定性等級(jí)降到&#