Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 10 · RADIO ENGINEERING

Structure optimization and calibration of a frequency synthesizer with a low-level phase noise in the phase-locked loop (pll)

V.V. Skulditsky1, A.A. Bykadorov1, S.V. Melnikov1, D.G. Yudin1

1 All-Russian Scientific Research Institute “Gradient”, Rostov-on-Don, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.10.3 UDC 621.37 EDN PRIYPB

Abstract

The problem of designing a PLL frequency synthesizer with a low level of phase noise is considered. The main technical limits of traditional frequency synthesizer implementations, as well as an analysis and comparison of the known engineering solutions for the structures of designing frequency synthesizers are provided. The structure of a low-noise synthesizer with PLL frequency translation is considered. Two main methods for calibrating a frequency synthesizer in IC with an integrated voltage-controlled oscillator are presented. Useful practical recommendations and an illustrative example are provided.

  • frequency synthesizer
  • phase-locked loop
  • phase noise
  • frequency divider
  • calibration
Аннотация (на русском)

Оптимизация структуры и калибровка синтезатора частоты с низким уровнем фазовых шумов в контуре фазовой автоподстройки

Рассматривается задача построения синтезатора частоты на основе фазовой автоподстройки с низким уровнем фазовых шумов. Приводятся основные технические ограничения традиционных реализаций синтезаторов частоты, а также анализ и сравнение известных технических решений структур построения синтезаторов частот. Рассмотрена структура малошумящего синтезатора с переносом частоты в контуре фазовой автоподстройки. Представлены два основных способа калибровки синтезатора частоты на микросхеме со встроенным генератором, управляемым напряжением. Даны полезные практические рекомендации и иллюстративный пример.

For citation

Skulditsky V.V., Bykadorov A.A., Melnikov S.V., Yudin D.G. Structure optimization and calibration of a frequency synthesizer with a low-level phase noise in the phase-locked loop (pll) // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.10.3

References

  1. Ямпурин Н.П. и др. Формирование прецизионных частот и сигналов: Учеб. пособие. - Н. Новгород: Нижегородский государственный технический университет. - 2003.
  2. Ченакин А. Частотный синтез: текущие решения и новые тенденции // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2008. - № 1. - C. 92-97.
  3. Кузменков А.С., Поляков А.Е., Стрыгин Л.В. Обзорный анализ современных архитектур синтезаторов частоты с ФАПЧ // Труды МФТИ. - 2013. - № 3. - C. 121-133.
  4. Рыков С.Г., Кулешов В.Н. Оптимизация параметров кольца ФАПЧ синтезатора частот по уровню фазовых шумов и дискретных составляющих // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. - 2011. - № 4. - С. 124-126.
  5. Леньшин А.В., Тихомиров Н.М., Тихомиров В.Н., Шаталов Е.В. Построение малошумящих быстродействующих синтезаторов частот для УКВ радиосвязи // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. - 2021. - № 5. - С. 25-28.
  6. Скоторенко И.В. Метод уменьшения уровня побочных спектральных составляющих в синтезаторах частот с ФАПЧ, имеющих дробный делитель частоты // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2011. - № 2-1 (24). - С. 102-105.
  7. Завьялов И.В., Хабитуева Е.И., Цикин И.А. Экспериментальное исследование синтезатора частот СВЧ диапазона // Материалы Всерос. конф. "Неделя науки ИЭиТ". - С.-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС - 2024. - С. 39-41.
  8. Ченакин А.В., Горевой А.В. Практическое построение синтезаторов частот СВЧ-диапазона. - М: Горячая линия - Телеком, 2021. - 280 с.
  9. Patent № US 9,628,066 B1 United States, Int. Cl. HO3L 7/06 (2006.01), HO3K 7/4 (2006.01), HO3L 7/099 (2006.01), HO3L 7/8 (2006.01). Fast switching, low phase noise frequency synthesizer: № 15/260,258: filed 08.09.2016: date of patent 18.04.2017 / Chenakin O., Nediyanchath S. - 13 p.
  10. Patent № US 8,373,463 B1 United States, Int. Cl. HO3L 7/06 (2006.01). Low phase-noise PLL synthesizer with frequency accuracy indicator: № 13/241,532: filed 23.09.2011: date of patent 12.02.2013 / Chenakin O. - 5 p.
  11. Chenakin A., Ojha S., Nediyanchath S. A 26.5 GHz PLL Synthesizer with Low Phase Noise Characteristics. // Proceedings of the Asia-Pacific Microwave Conference 2011.
  12. Патент № RU 184346 U1 Российская Федерация, МПК H03L 7/16(2006.01). Синтезатор частот: № 2018123112: заявл. 25.06.2018: опубл. 22.10.2018 / Горевой А.В. - 8 с.
  13. HMC830 Fractional-n Pll with integrated VCO. Datasheet. - URL: www.analog.com (дата обращения: 20.05.2025).
  14. LMX2594 15-GHz Wideband PLLatinum™ RF Synthesizer With Phase Synchronization and JESD204B Support. Datasheet. URL: www.analog.com (дата обращения: 20.05.2025).