应用ADS进行频率合成器的仿真

摘要：本文利用Agileat公司的ADS软件。并结合具体的频率合成器电路进行频率合成器的仿真，仿真结果表明该电路能满足实际要求。

关键词：ADS；锁相环；仿真

中图分类号：TN74　文献标识码：A　文章编号：1009-8631(2010)05-0048-02

一、引言

频率合成技术是七十年代出现的一门新兴无线电技术，它是一种相位锁定装置，是一种稳定度较高的离散间隔频率信号发生器。频率合成技术自提出以来，逐渐形成了直接频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字式频率合成技术和混合式频率合成技术。

直接模拟式频率合成器的优点是频率转换时间短。并能产生任意小的频率增量。但用这种方法合成的频率范围受到限制，而且不能实现单片集成，输出端的谐波、噪声及寄生频率难以抑制。

锁相式频率合成器是采用锁相环(PLL)进行频率合成的一种频率合成器。它是目前频率合成器的主流，锁相式频率合成有脉控式和数字式之分，脉控式锁相法最大的优点是电路结构简单，可以得到较高指标，但它对调谐性能要求很高，并且倍频次数越高，分辨能力越差；数字式锁相法的主要优点是锁相环相当于一个窄带跟踪滤波器，具有良好的窄带跟踪滤波特性和抑制输入信号的寄生干扰能力。避免大量使用滤波器，有利于集成化和小型化，此外，良好设计的LC压控滤波器具有较高的短期频率稳定度，且电路简单，制作调试容易，但数字式锁相法的频率分辨率等于鉴相频率。而转换时间虽然取决于PLL的非线性性能，精度表达式往往难以导出。

直接数字式频率合成的主要优点是分辨力高、容易做到极低的频率，但它却面临输出频率上限难以提高和寄生输出难于抑制两个难题。直接数字频率合成(DDS)技术与传统的频率合成技术相比，具有频率分辨率高、相位噪声小、稳定度高、易于调整及控制灵活等优点。其主要不足是合成信号的频率较低、频谱不纯。

混合式频率合成技术具有高频率、宽带、频谱质量好等优点，但其频率转换速度低。DDS技术则具有高速频率转换能力、高度的频率和相位分辨能力，但目前尚不能做到宽带。频谱纯度也不如PLL、混合式频率合成技术利用这两种技术各自的优点，将两者结合起来，其基本思想是利用DDS的高分辨率来解决PLL中频率分辨率和频率转换时间的矛盾。

二、系统设计要求

频率范围：1000～1256MHz

频率步进：4MHz

调谐电压：2-10V

环路带宽：100KHz

鉴相增益：Kd=430mV/rad

频率转换时问：≤100uS

三、1000～1256Hz锁相环锁定时间的仿真

本文采用数字式锁相方法来完成，ADS软件根据锁相环线路结构的特性和共性，对每个部分都建立了齐全的通用模型，主要技术指标都以可变参数的形式在模型中反映，不需要建模，只需将模型的参数用自己实际采用器件的技术参数代替就可以了。ADS软件的s仿真器中的虚拟仪器很齐全，调制域中可以测试锁相环的捕获过程，从而测试频率转换时间，另外，ADS的S仿真器中有一个分频比控制器，可以控制分频器的分频比，实现锁相环的锁定和频率更改，通过对分频比的扫描。可实现合成器的跳频。

频率转换时间仿真原理如图1所示，该原理图以ADS软件里面的PLL.5th.Orde.prj模板为基础，环路滤波器采用Peregrine公司给出的环路结构，根据本合成器的具体要求，已知环路带宽为100KHz，环路参数计算按二阶环传递函数计算，通过计算，对线路和参数进行了修改，采用ENVELOPE仿真器进行仿真。

从图3可以看到频率从1000MHz到1004MHz的振荡过程，从图中可以看出频率从1000MHz到1004MHz的锁定时间是69.55usec.满足指标要求。

四、结论

本文采用ADS软件里面的PLL.5th.Orde.pin模板为设计基础，通过修改相关参数，以及适当修改电路就可以得到满足我们需要的仿真电路。并且仿真结果同理论计算和实际电路测试结果相符和。通过在仿真电路原理图中修改不同的参数，可以清楚地看到仿真结果的变化过程。对电路设计有很好的指导作用。