【经验】如何优化高性能宽带毫米波射频合成器8V97003的锁频时间，最大锁定时间为100µs
RENESAS 8V97003是一个高性能宽带毫米波射频合成器，采用锁相环从集成压控振荡器(VCO)产生高达18GHz的输出频率。优良的VCO性能可以产生具有极低相位噪声和RMS抖动的时钟信号。主要功能块的可编程性允许在许多应用中灵活使用该器件。本文讨论了如何优化对于应用至关重要的锁频时间参数。
频率锁定的定义
PLL的锁频时间是指从电源启动或配置频率变化到输出频率与期望频率一致并保持在一定频率范围内的时间。在大多数射频合成器应用中，锁相环达到期望输出频率的时间是最重要的。例如，在默认设置下，锁相环锁定时间约为1ms，以实现±100kHz容错范围内的目标输出频率。
频率锁定时间取决于环路带宽和器件内部VCO校准需要的时间。
相位锁定的定义
PLL锁相时间是从电源启动或配置频率变化到输入参考时钟和输出时钟之间的相位差达到期望相位精度内的时间。8V97003有一个内部锁定检测电路，根据器件寄存器0x0027[2:0]中LDP[2:0]位所设置的精度参数报告锁相状态。本文不讨论锁相。
VCO校准
VCO由多个VCO核心组成，锁相环每次使用一个核心。每个核心选择多个VCO频段中的一个进行操作。为给定的目标锁相环频率选择最佳核心和频带的过程称为VCO校准。
开机后，设备处于自动校准模式——VCO和频段的选择不需要用户与器件进行交互，器件将自动选择最佳配置。
在运行过程中，通过配置分频器改变输出频率可以使自动校准触发并选择一个新的VCO/波段。重新校准到新频率配置的时间是锁相环锁定时间的一部分。
如果应用中锁相环锁定时间太长，可以选择手动校准模式。手动校准比自动校准更快，时间更可预计。
VCO在自动校准模式下PLL的锁定时间
对于本节的讨论，测试条件如下:
•环路滤波器和8V97003电荷泵电流设置产生的环路带宽约为350kHz。
•寄存器BandSelDivider的设置将鉴频鉴相器(PFD)频率划分为78.125kHz。例如，当输入参考频率为100MHz时，输入倍频器(PFD频率= 200MHz)被启用，将BandSelDivider设置为2560，则提供带宽选择时钟频率为78.125kHz。
•BandSelAcc = 1、2和3。主要关注BandSelAcc = 2。为确保VCO校准的准确可靠，不建议使用BandSelAcc = 0和1; BandSelAcc = 1时的性能仅供比较之用。
在自动校准模式下，锁定时间是以下VCO校准参数的函数:
· 频段选择分频器 (BandSelDivider 13 bits in registers 0x0023[4:0] and 0x0022[7:0])
· 频段选择精度 (BandSelAcc, 2 bits in register 0x0021[1:0])
锁频时间在±100kHz输出频率误差范围内，锁频时间如下:
为了说明表中的锁定时间数据，给出了以下测试条件下的瞬态响应频率随时间的变化情况:
· 8V97003器件设置:
o 频段选择精度2
o 输入参考频率 (REFCLK) = 100MHz, f_PFD = 200MHz
o 目标输出频率= 6.2GHz
· 测试设备设置:
o 宽带模式: 256MHz到8GHz, VBW = 100KHz
o 窄带模式: 0Hz到26.5GHz, VBW = 10KHz
在VCO自动校准模式下，SPI写入启动VCO重锁(寄存器0x21[7])会触发频率时间测量。具体地说，SPI写操作中的nCS信号的上升沿在此锁定时间测量中充当time0的触发信号
图1 仪器在宽带模式下PLL的自动校准锁定时间
图2 仪器在窄带模式下PLL的自动校准锁定时间
VCO在手动校准模式下PLL的锁定时间
该装置采用手动VCO校准模式，大大减少了频率锁定时间。在手动校准模式下，设备自动校准程序被禁用。用户必须设置特定的VCO寄存器来完成VCO和频带的选择。正确的设置是首先通过运行自校准程序，再读取并保存器件外的设置，以便在快速频率变化时将它们重新部署到器件中。手动校准适用于能够提前将每个目标锁相环频率的VCO和频带选择设置存储在查找表中的应用(即在设备上电后和任何改变锁相环频率的操作之前)。每个器件的查找表的值都是唯一的。因为是自动校准的结果，因此可以保证在不同的温度下正常工作。
要预先确定手动模式操作的VCO频段，请按以下步骤进行:
1. 使用自动校准模式(默认设置)。
2. 确定期望的工作和频率条件(包括8V97003分频器设置和运行温度)。
3. 确保VCO校准完成(寄存器位BandSelDone在0x0044[6]中为1).
4. 读取并保存寄存器设置:
o 选择的VCO (寄存器0x0044[3:0])
o 选择数字VCO频段 (寄存器0x0045[6:0])
5. 每个目标输出频率重复2和3步骤。
6. 构建由每个目标频率和相应设置组成的查找表:
o PLL输出频率
o 反馈分频器设置: Nint, Nfrac, 和Nmod
o VCO (寄存器0x0044[3:0])
o 数字VCO频段(寄存器0x0045[6:0])
器件可以在手动模式下操作，以便更快地在查找表中的频率之间进行切换。必须禁用自动频段选择，并启用VCO手动模式，如下所述:
1. 在正常模式下对8V97003进行编程，得到第一个期望的输出频率。这样做是为了校准到正确的VCO控制电压。
2. 禁止自动带宽选择: 设置BandSelDisable， 0x0021[5] = 1.
3. 启动VCO手动模式: 设置ManuBandEn， 0x001F[7] = 1.
4. 设置下一个期望输出频率:
a. 反馈分频器设置:
o 寄存器0x0010[7:0]和 0x0011[7:0]里的Nint
o 寄存器0x0012[7:0] 到0x0015[7:0]里的Nfrac
o 寄存器0x0016[7:0]到0x0019[7:0]里的Nmod
b. 在寄存器0x0044[3:0]里设置VCO
5. 在寄存器0x0045[6:0]中设置数字带宽。寄存器0x000F[0]中写1到TransferOn来应用步骤4中的设置。
6. 要跳转到查找表中的下一个频率，请重复步骤4和5。
在下面的例子中，8V97003工作在手动校准模式下，输出频率在可变步长20MHz、200MHz和600MHz之间切换。
VCO手动模式下SPI写入触发频率时间测量，用于启动VCO的传输，将数字频带设置到内部寄存器0x000F[0]中的TransferOn。具体来说，SPI写操作时的nCS信号上升沿作为锁定时间测量time 0的触发器。
图3 PLL锁定时间，20MHz步长, VCO手动模式
图4 PLL锁定时间，200MHz步长, VCO手动模式
图5 PLL锁定时间，600MHz步长, VCO手动模式
结论
当使用自动校准模式时，8V907003通常会在1mS内锁定到±100kHz输出频率误差。如果需要更快的锁定时间，可以用VCO手动校准模式在70uS内锁定±100 KHz输出频率，最大锁定时间为100µs。
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型号- 8V97003NLGI,8V97003NLGI/W,8V97003NLGI8,8V97003
【应用】瑞萨推出集成化5G毫米波基站相控阵系统，面向5G和宽带无线应用2 x 2天线架构进行优化
Renesas推出5G毫米波基站相控阵系统解决方案。波束成形阵列的 RF/模拟子集这一成功组合是5G基站的一部分。 该系统通过滤波器和F52x8系列波束成形器IC控制往返于天线阵列的传输和接收信号。
应用方案 发布时间 : 2021-12-29
CLK-104a/b Boards Using Renesas RF-PLL and RF-Synthesizer Solutions
型号- 8V19N491-24,CLK-104A,8V19N882,CLK-104B,CLK-104,8V97003
【产品】瑞萨电子推出适于5G无线设备的一流宽带毫米波合成器8V97003，特别适合载波频率6GHz以上的新兴应用
2020 年 3 月 11 日，全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社宣布推出下一代宽带毫米波合成器，具备业界高性能，并拥有针对5G与宽带无线应用进行了优化的独特功能。旗舰产品8V97003是用于毫米波与波束成形的本地振荡器（LO），以及高速数据转换器精确参考时钟的理想之选，适合多种应用，如测试与测量、光网络及数据采集等。
新产品 发布时间 : 2020-03-17
【应用】用于RRU的eCPRI大规模MIMO解决方案，具备高度集成的时钟源，无需额外时钟设备
瑞萨电子推出用于 RRU 的公共无线接口大规模 MIMO解决方案，该新型增强型通用公共无线接口大规模可多输入多输出 (MIMO) 远端射频单元 (RRU) 需要低相噪和杂散性能来避免通道阻塞和干扰。
应用方案 发布时间 : 2022-04-23
8V97003 Evaluation Board User Manual
型号- RAA214020,RCQ6Q3FR-Q71K5L,GRM155R61A104KA01D,RCQ6Q3FR-Q727RL,8V97003 EVB,CL05A106MQ5NUNC,520L103KT16T,LNJ616C8WRA,ERJ-2GEJ200X,FT2232D,RC0603FR-07470RL,RC0603FR-0710KL,FC0402E50R0BST1,ERJ-3GEYJ101V,MMZ1608Y601B,108-0740-001,LQG15HS18NJ02,8V97003-EVK,RC0402JR-070RL,8V97002,8V97003,ERJ-2GEJ102X,RC0603FR-07680FL,SMA-J-P-X-ST-EM1,ABMM-6.000MHZ-B2-T,EVQ-PAC04M,EMK105B7103KV-F,ZX62-B-5PA(33)
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支持 3Hz ~ 26.5GHz射频信号中心频率测试；9kHz ~ 3GHz频率范围内Wi-SUN、lora、zigbee、ble和Sub-G 灵敏度测量与测试，天线阻抗测量与匹配电路调试服务。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳/苏州 提交需求>
支持GSM / GPRS 等多种制式产品的射频测试，覆盖所有上行和下行的各项射频指标，包括频差、相差、调制、功率、功控、包络、邻道泄漏比、频谱、杂散、灵敏度、同道干扰、邻道干扰、互调、阻塞等等。满足CE / FCC / IC / TELEC等主流认证的射频测试需求。
实验室地址： 深圳 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
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