Формирователь опорного сигнала 25 МГц для PLL 3см LNB на базе NB3N502

13.10.2019

Формирователь опорного сигнала 25 МГц предназначен для формирования высокостабильного по частоте сигнала синтезатора 9750 МГц LNB для узкополосных видов связи через геостационарный спутник QO-100/Phase-4A.

В качестве формирователя выходного сигнала 25 МГц было решено использовать микросхему ON Semiconductor NB3N502, представляющую собой умножающий ФАПЧ с малым джиттером. Сигнал опорной частоты может формироваться от внешнего кварцевого резонатора или от внешнего генератора. Выходная частота может быть в диапазоне до 190 МГц, при этом коэффициент умножения опорного сигнала задается потенциалом на двух выводах S0 и S1. 

Основные параметры микросхемы NB3N502:

  • выходная частота CLKOUT = 14… 190 МГц (при питании +5В) и 14… 120 МГц (при питании 3.3 В)
  • напряжение питания = 3.3 … 5.5 В
  • потребляемый ток = 20 мА
  • джиттер = 15 пс
  • частота внешнего опорного сигнала = 2 … 50 МГц
  • коэффициенты умножения опорной частоты = 2 / 2.5 / 3 / 3.33 / 4 / 5 раз 
  • выходной ток до 25 мА
  • рабочая температура от — 40 до +85 С
  • корпус SOIC8
Сигналы на контактах микросхемы NB3N502
Задание коэффициента умножения посредством сигналов S0 и S1

Опорный сигнал 10 МГц подается с платы OCXO с тремя развязывающими буферами.

Фазовый шум на частоте 10 МГц на выходах платы OCXO равен -154 дБн/Гц при расстройке 10 кГц. 

Девиация Аллана для OCXO составляет 2.34E(-11) для тау 100 сек (малиновый график).
Принципиальная схема для испытания NB3N502
Фото испытаний: слева плата OCXO 10 МГц, справа макет схемы формирователя 25 МГц NB3N502

В результате испытаний были получены следующие данные:

Фазовый шум на выходной частоте 25 МГц составил -90 дБн/Гц при расстройке 10 кГц , увы…
Спектр выходного сигнала в полосе 100 кГц
Спектр выходного сигнала в полосе 1 МГц
Гармонические составляющие выходного сигнала: уровень второй гармоники -34 дБн, третьей гармоники -9 дБн

В итоге:

  • данное решение реализует возможность легкого формирования опорного сигнала 25 МГц для синтезатора частоты 9750 МГц с высокой стабильностью, однако уровень фазового шума на частоте 25 МГц после формирователя NB3N502 составляет только -90 дБн/Гц при отстройке 10 кГц. При формировании сигнала синтезатора частотой 9750 МГц происходит умножение частоты в 390 раз, что ухудшает дополнительно фазовый шум на 52 дБ, то есть на частоте 9750 МГц результирующий фазовый шум будет равен 90 — 52 = 38 дБн/Гц при отстройке 10 кГц. Это очень не высокое значение, поэтому такое решение можно рассматривать как временное и НЕ рекомендованное для постоянного использования.
  • высокий уровень гармонических составляющих требует установки на выходе полосового фильтра на 25 МГц. В качестве хорошего решения можно рекомендовать использовать кварцевые фильтры на 25 МГц.

Ссылки:

NB3N502 datasheet