探索LMX2487：1 - 6GHz高性能Delta - Sigma低功耗雙PLLatinum?頻率合成器

在當今的電子設(shè)計領(lǐng)域，頻率合成器的性能至關(guān)重要，它直接影響著眾多設(shè)備的功能和穩(wěn)定性。今天，我們就來深入了解一下德州儀器推出的LMX2487頻率合成器，這是一款工作在1GHz - 6GHz的高性能Delta - Sigma低功耗雙PLLatinum?頻率合成器，它具備諸多出色的特性。

文件下載：lmx2487.pdf

特性亮點

四重模數(shù)預(yù)分頻器

LMX2487的RF PLL和IF PLL采用了四重模數(shù)預(yù)分頻器。RF PLL提供16/17/20/21或32/33/36/37的選擇，而IF PLL則有8/9或16/17的選擇。這種設(shè)計使得分頻更加靈活，能滿足不同應(yīng)用場景對頻率的需求。比如在一些需要高精度頻率控制的通信系統(tǒng)中，這樣的分頻方式可以提供更精準的頻率輸出。

先進的Delta - Sigma分數(shù)補償

它支持12位或22位可選分數(shù)模數(shù)，并且擁有高達4階的可編程Delta - Sigma調(diào)制器。這意味著它能夠有效地將低頻偏移處的分數(shù)雜散信號推到環(huán)路帶寬之外的高頻處，從而降低雜散信號對系統(tǒng)的干擾。在實際設(shè)計中，我們可以根據(jù)系統(tǒng)對相位噪聲、雜散和鎖定時間的具體要求，選擇最佳的調(diào)制器階數(shù)。

改進的鎖定時間

LMX2487具備快速鎖定和減少周期滑動的功能，通過單字寫入即可改變頻率，還集成了超時計數(shù)器。這大大提高了頻率鎖定的速度和穩(wěn)定性，在需要快速切換頻率的應(yīng)用中，如跳頻通信系統(tǒng)，能夠顯著提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

寬工作范圍

RF PLL的工作范圍為1.0 GHz - 6.0 GHz，同時還具備數(shù)字鎖定檢測輸出、硬件和軟件掉電控制、片上輸入頻率倍增器、高達50 MHz的RF相位比較檢測器等實用特性。并且它能在2.5V - 3.6V的電壓下工作，ICC僅為8.5 mA，功耗較低，適合對功耗有嚴格要求的應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

由于其出色的性能，LMX2487適用于多種領(lǐng)域。在蜂窩電話和基站中，它可以為通信系統(tǒng)提供穩(wěn)定、精確的頻率信號；在衛(wèi)星和有線電視調(diào)諧器中，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的頻率合成；此外，還能應(yīng)用于WLAN標準設(shè)備以及直接數(shù)字調(diào)制應(yīng)用中。

詳細功能分析

功能模塊

LMX2487集成了N計數(shù)器、R計數(shù)器和電荷泵，而TCXO、VCO和環(huán)路濾波器則需要外部提供。其功能框圖展示了各個模塊之間的連接關(guān)系，為我們理解其工作原理提供了清晰的框架。

各模塊特性

• TCXO、振蕩器緩沖器和R計數(shù)器：振蕩器緩沖器需由單端信號源驅(qū)動，如TCXO。OSCout引腳可提供輸入信號的緩沖輸出，ENOSC引腳可確保OSCout引腳無論寄存器狀態(tài)如何都能激活。R計數(shù)器將TCXO頻率分頻至比較頻率。
• 相位檢測器：IF PLL的最大相位檢測器工作頻率相對簡單，而RF PLL由于是分數(shù)型，情況稍復(fù)雜。其最大相位檢測器頻率為50 MHz，但受N計數(shù)器的非法分頻比和晶體參考頻率的限制。在選擇相位檢測器頻率時，需要權(quán)衡相位噪聲和鎖定時間等因素。
• 電荷泵：大部分時間，電荷泵輸出為高阻抗，僅存在TRI - STATE泄漏電流。它能將相位檢測器的相位誤差轉(zhuǎn)換為校正電流，IF PLL的電流不可編程，而RF PLL的電流可分16級編程，并且在鎖定時可使用更高的電荷泵電流以縮短鎖定時間。
• 環(huán)路濾波器：設(shè)計環(huán)路濾波器時需要考慮諸多因素，對于Delta - Sigma PLL，環(huán)路濾波器的階數(shù)應(yīng)比Delta - Sigma調(diào)制器的階數(shù)高1。雖然理論上使用4階調(diào)制器時需要5階環(huán)路濾波器，但實際中通常使用4階濾波器。目前有很多仿真工具和參考資料可供我們進行濾波器設(shè)計。
• N計數(shù)器和高頻輸入引腳：N計數(shù)器將VCO頻率分頻至比較頻率，由于使用了預(yù)分頻器，N值存在下限。高頻輸入引腳FinRF和FinIF的布局非常重要，建議VCO輸出先通過電阻衰減器，再經(jīng)過直流阻擋電容器，并且盡量靠近PLL放置。FinRF*引腳通常需要并聯(lián)一個電容，如典型值為100 pF，以確保在PLL工作頻率下阻抗接近交流短路。
• 數(shù)字鎖定檢測操作：RF PLL的數(shù)字鎖定檢測電路通過比較相位檢測器輸入相位與RC產(chǎn)生的延遲來判斷鎖定狀態(tài)。當相位誤差小于RC延遲5個連續(xù)參考周期時，判定為鎖定；反之則為失鎖。在比較頻率較高時，可通過設(shè)置DIV4字來提高檢測精度。
• 周期滑動減少和快速鎖定
  • 周期滑動減少（CSR）：CSR通過在頻率采集期間降低比較頻率，同時保持環(huán)路帶寬不變，來減少周期滑動的發(fā)生。在比較頻率與環(huán)路帶寬的比值較大時，CSR能顯著提高鎖定時間。
  • 快速鎖定（Fastlock）：Fastlock通過在頻率采集期間增加環(huán)路帶寬來提高鎖定速度。在比較頻率較低時，F(xiàn)astlock可能比CSR更有效，但它在解除鎖定時會產(chǎn)生干擾，且干擾在比較頻率較高時會更明顯。
• 分數(shù)雜散和相位噪聲控制：控制分數(shù)雜散需要綜合考慮多個因素，首先要區(qū)分主分數(shù)雜散和子分數(shù)雜散?？赏ㄟ^設(shè)置FM和DITH位來控制雜散和相位噪聲，同時調(diào)整分數(shù)字也能改善雜散情況。

編程與寄存器設(shè)置

編程信息

LMX2487的24位數(shù)據(jù)寄存器通過MICROWIRE接口加載，用于編程R計數(shù)器、N計數(shù)器和內(nèi)部模式控制鎖存器。編程時，建議最后編程N計數(shù)器，因為這會初始化數(shù)字鎖定檢測器和快速鎖定電路。

寄存器映射

它的寄存器分為基本寄存器和高級寄存器，基本寄存器包含實現(xiàn)PLL鎖定的關(guān)鍵信息，高級寄存器則用于優(yōu)化雜散、相位噪聲和鎖定時間性能。不同的寄存器控制著不同的功能，如R0寄存器控制RF N計數(shù)器值和分數(shù)分子，R1寄存器控制RF PLL的分數(shù)分母、R分頻器值、預(yù)分頻器位和電源控制位等。

應(yīng)用與設(shè)計建議

典型應(yīng)用

文檔中給出了LMX2487的典型應(yīng)用電路，包括電源濾波電容、環(huán)路濾波器組件等。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體的設(shè)計要求，如相位裕度、環(huán)路帶寬、比較頻率等，選擇合適的參數(shù)。

電源與布局建議

電源方面，建議使用低噪聲穩(wěn)壓器，并為每個電源引腳提供單獨的旁路電容。布局時，高頻輸入引腳的走線應(yīng)盡量短，同時要確保接地和電源平面與電源引腳過孔保持一定距離，以減少雜散能量的耦合。

總之，LMX2487是一款功能強大、性能出色的頻率合成器，在電子設(shè)計領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。但在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求，合理選擇參數(shù)和進行設(shè)計，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用過程中有沒有遇到過哪些特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)交流討論。