介绍

为 RF 系统设计参考输入电路可能很棘手。一项挑战是在满足时钟的保护、缓冲和分配要求的同时保持输入时钟的相位噪声性能。本文介绍如何设计 10MHz 参考输入电路并优化其性能。

设计要求

RF 仪器和无线收发器通常具有用于外部参考时钟的输入，例如 RF 仪器上普遍存在的 10MHz 参考输入端口。许多这些相同的系统都包括通过系统分配参考时钟的规定。图 1 显示了一种常见方案，其中参考时钟为两个不同的锁相环 (PLL) 提供参考输入。

一个设计良好、稳健的输入可以在很宽的振幅范围内接受正弦波和方波信号。它会保持恒定的信号电平驱动到系统内的目标 PLL 输入，即使面对不同的输入也是如此。暴露于世界的参考输入端口应具有过压/过功率保护。重要的是，应尽量减少时钟信号相位噪声性能不可避免的退化。

设计实施

LTC6957是一款非常低的附加相位噪声 (或抖动) 双输出时钟缓冲器和逻辑转换器LTC6957 的输入接受幅度范围很宽的正弦波或方波，并以恒定幅度驱动负载。

LTC6957 提供多种输出逻辑信号选项：PECL、LVDS 和 CMOS（同相和互补），使其能够驱动范围广泛的负载。图 2 显示了一个使用 LTC6957-3 的 10MHz 基准输入电路，它产生两个同相 CMOS 输出。

图 2 中所示的变压器具有多种功能。首先，结合其后的肖特基二极管，它提供输入过功率/过电压保护。二极管限制了 LTC6957-3 看到的交流电压。WBC16-1T 可以处理高达 0.25W 的功率（3.5VRMS 到 50Ω）。

变压器还将连接器地线（通常连接到射频系统的机箱）与系统的内部模拟地线隔离开来。

此外，变压器对输入信号施加电压增益，从而使 LTC6957-3 看到的边沿变陡。这有助于减少 AM 到 PM 的噪声转换，进而限制相位噪声的降低，尤其是在输入信号较小的情况下。WBC16-1T 的电压增益为 4。可以依赖变压器的电压增益 4，而不是其和理想的功率增益 1，因为 LTC6957-3 为变压器提供高阻抗负载。

R1和R2可以组合调整，使输入端口匹配到50Ω。对于小输入信号，二极管关闭，变压器承受图 2 中 804Ω 的负载。由于变压器的初级与次级阻抗比为 16，该负载反映到输入端大约为 50Ω。对于较大的输入信号，肖特基二极管导通，将 604Ω 电阻降低到接近短路的程度。这会降低参考输入回波损耗——这个问题可以通过调整 R1 和 R2 的值来避免，但这样做需要权衡取舍。

对于大输入信号，可以通过增大R1的值，减小R2的值来改善输入回波损耗，使它们的组合串联电阻保持在800Ω左右。但是，由于 R1 与信号串联，因此会增加噪声。较大的 R1 与较小的 R2 相结合，导致出现在 LTC6957-3 输入端的信号部分变小，进一步降低了相位噪声性能。换句话说，设计人员可以通过调整 R1 和 R2 的值来权衡相位噪声性能与输入回波损耗。图 2 中显示的值取得了这两个性能指标的总体平衡。

图 2 中将连接器与变压器隔开的交流耦合电容器提供了针对直流电源的输入保护。

LTC6957-3 具有内部低通滤波器，可通过 FILTA 和 FILTB 引脚进行选择。该选项战略性地限制了 LTC6957 放大器级的带宽，从而限制了电路的加性相位噪声，尤其是当输入信号较弱时，如下图所示。

表现

如图 2 所示，一个 10MHz OCXO 通过步进衰减器连接到电路的输入端。参考输入信号在 –10dBm 和 10dBm 之间变化，同时测量相位噪声使用 Agilent E5052A 信号源分析仪，在具有不同输入滤波器设置的 LTC6957-3 的输出端。图 3 显示了 LTC6957-3 的 10MHz CMOS 时钟输出在 100kHz 偏移下测得的相位噪底。

如果不知道外部施加的 10MHz 参考信号的幅度，将 FILTA 拉低并将 FILTB 拉高会产生良好的整体相位噪声性能，如图 3 所示。不过，如果测量输入端施加的信号电平且适当，则可以优化性能过滤器设置被应用。

当参考输入的功率为 0dBm 至 50Ω 时，图 2 中选择的 R1 和 R2 值会导致 –9dB 的输入回波损耗。回波损耗在较低输入功率时更好，而在较高功率时更差。

结论

一个稳健的高性能 10MHz 基准输入电路围绕 LTC6957-3 构建。特性包括范围广泛的输入信号类型和电平兼容性、保护和时钟分配，相位噪声衰减有限。评估和优化电路的相位噪声和输入回波损耗。LTC6957-3 简化了设计过程，同时实现了出色的整体性能。