개요: MAX2309의 LO 위상 잡음은 100MHz에서 향상된다. PLL 대역폭, 기준 잡음 및 VCO 부품은 10kHz 오프셋에서 ~-90dBc/Hz 위상 잡음을 허용할 수 있도록 변경된다. 온칩 VCO는 1MHz의 비교 주파수와 함께 200MHz에서 동작하도록 설정된다. 3개의 PLL 부품 세트가 설치되어 각각의 실험에 대한 스펙트럼 및 위상 잡음 파형으로 성능이 기록된다.
이 애플리케이션 노트에서는 MAX2309 I/Q 복조기를 사용하여 (10kHz 오프셋에서) 대략 90dBc/Hz의 국부 발진기(LO) 위상 잡음 성능을 달성하는 방법을 설명한다. 전압 제어 발진기(VCO), 루프 필터 부품 및 성능 파형을 포함하여 완전한 100MHz 중간 주파수(IF) 설계 솔루션을 제공한다.
목적
LO 버퍼 출력 측에서 측정 시 MAX2309 EV 킷에서 LO 위상 잡음을 최적화하기 위한 것이다.
절차
표준 MAX2309 EV 킷을 확보한 후 KVCO = 6.6MHz/V와 200MHz (IF 주파수의 2배)에서 발진을 감안하여 VCO 탱크 부품을 재구성하였다. 기준 명칭 위치는 MAX2309 EV 킷 개략도를
참조한다. 부품 값은 표 1에 나타나 있다.
표 1. VCO 부품 변경 사항
Reference Designator
New Value (200MHz)
Part Number
Manufacturer
L5
82nH
0805CS-820XKBC
Coilcraft
C61
3.9pF
COG capacitor
Murata
C4, C6
27pF
COG capacitor
Murata
D3, D5
Varactor
SMV1763-079
Alpha-Industries
루프 필터 설계 1
루프 필터 부품 값은 표 2에 표시되어 있다. 이 루프는 50° 위상 여유 및 425㎂ 차지 펌프 전류와 함께 11.6kHz의
단일 이득 주파수에 알맞게 설계되었다.
표 2. 루프 필터 #1
Reference Designator
Filter Value
C30
560pF
R23
5.1kΩ
C29
5.6nF
R10
0Ω
C31
Open
그림 1. LO 버퍼 출력 Icp에서 100MHz LO 신호 = 425uA, HP8561E
그림 2. 100MHz LO 신호의 위상 잡음, HP8561E
중요 노트: 원래 위상 잡음은 대략 -80dBc/Hz로 측정되었으나, 13MHz 기준 소스가 허용 잡음 출력 자체보다 낮은것으로 측정되었다. 소스는 KSS VC-TCXO-208C-13.0으로 변경되었고 위상 잡음은 대략 6dB만큼 향상되었다.
표 3. 핵심 테스트 파라미터
Parameter
Value
Units
Vcc
3.0
V
FIF
100
MHz
Fref
13
MHz
Fosc
200
MHz
Fcomp
1
MHz
Kvco
6.6
MHz/V
Target Phase Noise @ 10kHz
-90
dBc/Hz
Ta
+25
°C
루프 필터 설계 2
수정된 VCO 및 루프 필터로 위상 잡음을 측정한 후, 두 번째 루프 필터를 평가하였다. 이 필터는 9kHz 단일 이득 주파수,
53° 위상 여유 및 425㎂ 차지 펌프 전류를 가진 보다 협소한 루프 대역폭에 적합하게 설계되었다.
표 4. 루프 필터 #2
Reference Designator
Filter Value
C30
1nF
R23
3.9kΩ
C29
10nF
R10
0Ω
C31
Open
위상 잡음을 측정한 결과가 그림 3과 그림 4에 나타나 있다.
그림 3. LO 버퍼 출력 Icp에서 100MHz LO 신호 = 425uA, HP8561E
그림 4. 100MHz LO 신호의 위상 잡음, HP8561E
최종적으로, 루프 대역폭을 더 감소시키기 위해서 210㎂ 차지 펌프 전류를 선택했다. 이렇게 하여 동조 속도를 줄여 10kHz
오프셋에서 위상 잡음을 상당히 향상시켰다. 이 루프의 경우, 단일 이득 주파수가 5kHz이며 위상 여유가 44°로 여전히 우수하다.
최종 결과는 그림 5와 그림 6에 표시되어 있다.
그림 5. LO 버퍼 출력 Icp에서 100MHz LO 신호 = 210µA, HP8561E
그림 6. 100MHz LO 신호의 위상 잡음, HP8561E
큰 이미지 보기 그림 7. MAX2309 EV 보드, 100MHz LO, 위상 잡음 최적화
그림 8. MAX2309 EV 보드
그림 9. MAX2309 EV 보드 (계속)
결론
MAX2309는 10kHz 오프셋에서 대략 -90dBc/Hz 위상 잡음을 달성할 수 있다. 기준 발진기 스펙트럼 순도, 루프
필터 설계 및 차지 펌프 전류에 전적으로 의존하긴 하지만 일단 최적화되기만 하면 최종 결과를 달성할 수 있다.
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