LMX2531 系列產品被廣泛應用于無線通訊基站系統，相比較整數分頻，采用小數分頻可以獲得更好的相位噪聲性能，但是小數分頻會導致雜散問題，特別是整數邊界雜散尤為突出。本文介紹一種在盡可能保證相位噪聲性能的基礎上，改善整數邊界雜散達10dB。

　　1. 小數分頻器整數邊界雜散問題的提出

　　相對于整數分頻頻率合成技術而言，小數分頻頻率合成技術通過較小的N 分頻比進而產生一個較高的鑒相頻率。在這其中，delta-sigma 小數分頻技術得到最廣泛的應用。根據下面的相位噪聲公式1.1 得知，較小的分頻N可以改善輸出信號的相位噪聲性能，這也是最近幾年小數分頻頻率合成技術大行其道的魅力所在。

　　在獲得良好的相位噪聲性能的基礎上，小數分頻技術的雜散相對于整數分頻技術而言表現的更復雜。TI 公司Dean Banerjee 執筆的應用文檔1879《Fractional N Frequency Synthesis》中對雜散的產生原理以及相應的處理對策有著非常詳盡的闡述，這里就不再做過多的闡述。對于小數雜散中最為嚴重的整數邊界雜散，文中對此的處理方式是頻點規避，這種處理方式增加了射頻本振在移動通訊基站中的應用復雜度。本文以業內廣泛使用的LMX2531 系列為例，通過LMX25312080EVAL 評估板 ，結合設計仿真軟件clock design tool 和寄存器配置軟件codeloader4 ，針對整數邊界雜散在原有的設計中進行優化設計，最終獲得10dB 的改善。

　　2. 小數分頻器整數邊界雜散的優化設計

　　圖1 是利用clock design tool 軟件設計出來的原始設計，環路帶寬為11kHz，相位裕量為42.4 度。圖2 是環路濾波器的拓撲結構，表1 是該電路的相位噪聲和雜散實測結果

　　圖1 LMX2531LQ2080 原始設計

　　圖2 原始設計

　　表 1 原始設計性能測試結果

　　當分子為1 或者FDEN-1 的雜散，即整數邊界雜散，是所有雜散中最為惡劣的情況，特別是作為GSM 基站的發射本振，LMX2531 的這個雜散或者高次諧波雜散將會通過混頻器或者IQ 調制器發射出去，不能滿足發射譜模版要求。通過減小環路帶寬從而加強對@40kHz 雜散的抑制，但過小的環路帶寬會嚴重影響鎖相環的鎖定時間。

　　嘗試改變與雜散相關的環路參量，發現減小鑒相頻率會明顯改善@40kHz 的雜散，在原始設計中不改變其他參量，減小鑒相頻率以及相應的小數分母以保證分子為1 時仍輸出1966.12MHz 信號。表2 是測試結果。

　　表2 雜散測試結果

　　通過上述測試結果發現，整數邊界雜散有了非常明顯的改善。圖3 是基于3.84MHz鑒相頻率的重新設計優化設計，環路帶寬為11.5kHz，相位裕量為39 度。

　　圖3 整數邊界雜散優化設計1

　　輸出信號1966.12MHz信號的性能測試結果如表3 所示。

　　表3 優化設計1 的性能結果

　　為了滿足10dB的雜散優化目標，再次重新設計圖4 所示的參量，環路帶寬為8kHz，相位裕量為43 度。

　　圖4 整數邊界雜散優化設計2

　　性能測試結果如表4 所示。

　　表4 優化設計2 的性能結果

　　1. 小結

　　本文以LMX2531LQ2080E為例，提供了一種優化小數分數中最為惡劣的整數邊界雜散， 而不是采用頻率規避的方法。在付出了0.26 度相位噪聲惡化的代價下，獲得了高達10dB的整數邊界雜散性能改善。當然降低電荷泵電流、減小環路帶寬等方法也會適當改善整數邊界雜散，但是通過實驗驗證發現，減小電荷泵電流改善的程度非常有限，而且小的電荷泵電流也會對相噪性能有著較大的影響；過窄的環路帶寬會帶來較長的環路鎖定時間，對鎖相環技術的應用有著限制作用。所以如果相位噪聲性能要求不是異常苛刻的情況下，可以嘗試較小的鑒相頻率從而獲得不錯的雜散性能。

　　2. 參考資料

　　1． LMX2531 datasheet

　　2． LMX2531LQ2080E Evaluation Board Operating Instructions

　　3． AN-1879 Fractional N frequency synthesis， Dean Banerjee