利用低噪声LDO调节器ADP150为ADF4350 PLL和VCO供电

电路功能与优势

本电路利用低噪声、低压差(LDO)线性调节器为宽带集成PLL和VCO供电。宽带压控振荡器(VCO)可能对电源噪声较为敏感，因此，为实现最佳性能，建议使用超低噪声调节器。

图1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL和VCO ADF4350 ，它可产生137.5 MHz至4400 MHz范围内的频率。ADF4350采用超低噪声3.3 V ADP150 调节器供电，以实现最佳LO相位噪声性能。

图1. 调节器ADP150与ADF4350相连（原理示意图，未显示所有连接和去耦）

ADP150 LDO的积分均方根噪声较低，仅为9 μV（10 Hz至100 kHz），有助于尽可能降低VCO相位噪声并减少VCO推压的影响（等效于电源抑制）。

图2是评估板的照片，它利用ADP150 LDO为ADF4350供电。ADP150代表业界噪声最低、封装最小、成本最低的LDO，采用4引脚、0.8 mm x 0.8 mm、0.4 mm间距WLCSP封装或方便的5引脚TSOT封装。因此，在设计中加入ADP150对系统成本和电路板面积的影响极小，但却能显著改善相位噪声性能。

图2. 采用低噪声调节器ADP150的评估板EVAL-ADF4350EB1Z B版

电路描述

ADF4350是一款宽带PLL和VCO，包括三个独立的多频段VCO。每个VCO大约覆盖700 MHz的范围（VCO之间有一些重叠）较低频率由输出分频器产生。

VCO推压的测量方法是将一个稳定的直流调谐电压施加于ADF4350 VTUNE引脚，然后改变电源电压，测量频率变化。推压系数(P)等于频率变化量除以电压变化量，如表1所示。

表1：ADF4350 VCO推压

在PLL系统中，如果VCO推压较高，则意味着电源噪声会降低VCO的相位噪声性能；如果VCO推压较低，则电源噪声不会显著降低相位噪声性能。然而，对于高VCO推压，高噪声电源会对相位噪声性能产生较大的影响。 [p]

实验显示，推压在4.4 GHz VCO输出频率时达到最大，因此我们比较了在该频率时采用不同调节器的VCO性能。ADF4350的A版评估板使用 ADP3334 LDO调节器。此调节器的积分均方根噪声为27 μV（从10 Hz积分到100 kHz）。相比之下，EVAL-ADF4350EB1Z B版所用的ADP150只有9 μV。为了测量电源噪声的影响，借助一个窄PLL环路带宽(10 kHz)对VCO相位噪声进行更深入的探究。图3为该设置的示意图。

图3. ADF4350测量设置

欲了解关于输出噪声密度与频率关系的更详细分析，请参考ADP3334和ADP150的数据手册。

图4显示，ADP3334调节器的噪声谱密度在100 kHz偏移时为25 nV/√Hz。ADP150则为100 nV/√Hz（图5）。

图4. ADP3334输出噪声谱 [p]

图5. ADP150输出噪声谱

电源噪声引起相位噪声性能下降的计算公式如下：

其中，L(LDO)是在频率偏移fm时调节器对VCO相位噪声的噪声贡献（dBc/Hz）；P为VCO推压系数(Hz/V)；Sfm为给定频率偏移下的噪声谱密度(V/√Hz)；fm为测量噪声谱密度所对应的频率偏移(Hz)。

然后，电源的噪声贡献与VCO的噪声贡献（其本身利用极低噪声电源进行测量）以RSS方式求和，得出采用给定调节器时VCO输出端的总噪声。

这些噪声以RSS方式求和，得出期望的VCO相位噪声：

本例选择100 kHz的噪声谱密度偏移，并使用6 MHz/V的推压系数，带理想电源的VCO噪声取值−110 dBc/Hz。

表2. VCO噪声的计算和测量 [p]

通过专用信号源分析仪（例如Rohde & Schwarz FSUP）来比较VCO相位噪声。在100 kHz偏移时，ADP3334的测量结果为−102.6 dBc/Hz（图6）；而采用相同配置时，ADP150的测量结果为−108.5 dBc/Hz（图7）。积分相位噪声也从1.95°降为1.4°均方根值。测量结果与计算结果具有非常好的相关性，清楚表明了利用ADP150为ADF4350供电的优势。

图6. ADP150输出噪声谱

图7. 在4.4 GHz、采用ADP150调节器时ADF4350的相位噪声

常见变化

如果需要，可以增加调节器，以便在电源之间实现更好的隔离。此外，也可以利用一个ADF150调节器为ADF4350整个器件供电。不过此时应当小心，确保不要超过单个ADP150调节器的最大额定电流。如果选择ADF4350的最低输出功率设置，这种配置是可行的。