LMX2594 EVM：15-GHz 宽带低噪声 PLL 评估模块使用指南

在高速数据转换和通信系统中，高性能的时钟源至关重要。德州仪器（Texas Instruments）的 LMX2594 是一款集成 VCO 的 15-GHz 宽带低噪声 PLL，为工程师们提供了出色的时钟解决方案。本文将详细介绍 LMX2594 EVM（评估模块）的使用方法和相关特性。

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一、评估板设置

1. 电源连接

将电源设置为 3.3 V，电流限制为 600 mA，然后连接到 (V_{CC}) SMA 接口。这是整个评估模块正常工作的基础，稳定的电源供应对于保证 LMX2594 的性能至关重要。

2. 输入信号连接

把一个干净的 100-MHz 时钟源连接到 OSCinP SMA 接口。这里强调“干净”的时钟源是因为输入信号的质量会直接影响 PLL 的输出性能。如果输入信号存在噪声或抖动，那么输出信号的质量也会受到影响。

3. 编程接口连接

Reference Pro 板将提供 SPI 接口来对 LMX2594 进行编程。具体操作如下：

• 用 USB 电缆将笔记本电脑或 PC 连接到 Reference Pro 板的 USB 端口，这样既为 Reference Pro 板提供了电源，又能实现与 TICS GUI 的通信。
• 按照图示将 10 针带状电缆从 Reference Pro 板连接到 LMX2594EVM 板。

4. 输出连接

将 RFoutAM 或 RFoutAP 连接到相位噪声分析仪。如果使用单端输出，需要在未使用的引脚上连接一个 50-Ω 电阻；如果使用差分输出，则需要使用巴伦。输出连接的方式会影响到对输出信号的测量和分析，工程师们需要根据实际需求进行选择。

二、EVM 描述

LMX2594 被安装在一块 4 层 PCB 上。评估模块上有差分 RF 输出 A 和 B、电源接口、环路滤波器组件（*_LF）、SYNC 引脚、串行接口引脚等。串行接口引脚的详细描述如下表所示：	NO.	NAME
1	RAMPDIR and CE (Choose with Resistors on Board)
2	CSB
3	MUXout
4	SDI
5	Not Used
6	GND
7	RampCLK
8	SCK
9	SysRefReq
10	SYNC

软件安装

1. 从 TI 网站（www.ti.com/tool/TICSPRO-SW）下载 TICS Pro 软件。
2. 按照安装向导完成软件的安装。
3. 在菜单栏中搜索 Select Device ￫ PLL + VCO ￫ LMX2594，以找到 LMX2594 设备。
4. 验证能否与 Reference Pro 板进行通信。在 USB communications 下选择 Interface。
5. 点击 Identify，此时 Reference Pro 板上的 LED（MSP430 Supplied）会闪烁，表明通信正常。

三、使 LMX2594 进入锁定状态

1. 点击 Default configuration ￫ Default Mode xxxx - xx - xx，加载默认模式。
2. 从菜单栏中选择 USB communications ￫ Write All Registers，将所有寄存器写入 LMX2594。通过这两个步骤，可以让 LMX2594 快速进入稳定的工作状态，为后续的测试和应用做好准备。

四、环路滤波器配置

环路滤波器的参数设置对于 PLL 的性能有着重要影响。具体参数如下：	PARAMETER	VALUE
VCO Gain	132 MHz/V
Loop Bandwidth	285 kHz
Phase Margin	65 deg
C1_LF	390 pF
C2_LF	68 nF
C3_LF	Open
C4_LF	1800 pF
R2	68 Ω
R3_LF	0 Ω
R4_LF	18 Ω
Effective Charge Pump Gain	15 mA
Phase Detector Frequency (MHz)	200 MHz
VCO Frequency Designed for	15 GHz, but works over the whole frequency range

在进行环路滤波器设计时，工程师们需要根据实际的应用需求和系统要求，合理调整这些参数，以达到最佳的性能。

五、预期关键结果

在输入参考信号非常干净（如 100-MHz Wenzel 振荡器）的情况下，我们可以预期在 14-GHz 输出频率下得到特定的相位噪声曲线。需要注意的是，信号发生器的输出信号可能不够干净，不能作为理想的输入参考信号。那么，在实际应用中，如何选择合适的输入参考信号呢？这需要工程师们根据具体的系统要求和性能指标来进行综合考虑。

六、其他特性

1. 参考振荡器更改和设置

参考信号可以是单端或差分的。为了仅测量 PLL 的性能，参考信号应至少达到一定的性能水平。在 100-Hz 偏移时，参考振荡器的最小要求如下表所示：	Offset [Hz]	100	1k	10k	100k
Noise level [dBc/Hz]	–139	–149	–159	–164

可以通过使用板载振荡器、启用 Reference Pro PCB 上的 LMK61xx 或使用外部振荡器来为 LMX2594 提供参考信号。默认情况下，EVM 配置为外部单端时钟输入。

2. 连接 Reference Pro

使用 Reference Pro 时，需要根据附录 D 中的说明更改单端或差分连接的配置。LMK61PD0A2 有几个控制引脚用于输出格式控制、输出频率控制和输出使能控制。这些控制引脚可以通过跳线进行配置，具体配置如下表所示：	FS1	FS0	OUTPUT FREQUENCY (MHz)
0	0	100
0	NC	312.5
0	1	125
NC	0	106.25
NC	NC	156.25
NC	1	212.5
1	0	62.5

OS	OE	OUTPUT TYPE
X	O	Disabled (PLL Functional)
0	1	LVPECL
NC	1	LVDS
1	1	HCSL

同时，需要根据输出类型匹配相应的输出端接无源组件。

3. 斜坡功能

VCO 可以从 12 GHz 到 12.125 GHz 进行斜坡变化，这可以在斜坡 GUI 选项卡上进行设置。斜坡功能在一些需要频率动态变化的应用中非常有用，例如雷达系统和通信测试等。

4. SYSREF 功能

要配置 SYSREF 功能，需要在 TICS Pro PLL 选项卡中进行以下操作：

• 勾选 SYSREF_EN 框和 VCO_PHASE_SYNC 框。
• 将 OUTB_MUX 更改为 SysRef，并取消勾选 OUT_PD 框。
• 确认内插器频率在 800 MHz 到 1500 MHz 之间。如果不在此范围内，需要更改 SYSREF_DIV_PRE 下拉菜单为 Div2 或 Div4。
• 要修改 SYSREF 频率，可以更改 SYSREF_DIV 框中的值。
• 在侧边栏的 User Controls 中，确保 INPIN_IGNORE 框未被勾选。
• 点击 Toggle SysRefReq Pin 框以启动 SYSREF。

SYSREF 功能有多种模式，具体如下表所示：	MODE NAME	DESCRIPTION	TICS PRO - SYS REF SETTINGS
Continuos Master	LMX2594 只要 SysRefReq 引脚保持高电平就会生成 SysRef 脉冲。默认模式。见快速启动说明	取消勾选 User Controls 选项卡中 Pins 下的 SysRefReq，勾选 SYSREF_PULSE
Master - Pulse	LMX2594 只要 SysRefReq 引脚保持高电平就会生成有限数量的脉冲。注意：在脉冲持续期间，SysRefReq 必须保持高电平	将 SYSREF_PULSE_CNT 设置为所需的脉冲数，勾选 User Controls 选项卡中 Pins 下的 SysRefReq，取消勾选 SysRefReq
Repeater	RFOUTB 将重复 SysRefReq 引脚的外部输入。输出将重新时钟到 LMX2594 内部频率	勾选 SysRef_Repeat

5. 启用板载 DC - DC 降压转换器（TPS62150）

要启用板载 DC - DC 降压转换器，需要进行以下操作：

• 必须将 R35 切换到 Rtps1。
• 必须将 R34 切换到 Rtps2。
• 安装 Rtps。
• DC - DC 电路针对 5 到 8 V 的效率进行了优化，但在正确配置电阻网络后，3.3 V 到 17 V 的电压可以应用于 VCC SMA。

七、总结

LMX2594 EVM 为工程师们提供了一个方便的平台来评估和使用 LMX2594 这款高性能的 PLL 芯片。通过本文的介绍，我们详细了解了评估板的设置、软件安装、环路滤波器配置以及各种特性的使用方法。在实际应用中，工程师们可以根据具体的需求和系统要求，灵活调整参数和配置，以实现最佳的性能。你在使用 LMX2594 EVM 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。