鎖相環(huán)的相位噪聲雜散抑制鎖相時(shí)間

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1、..相位噪聲對(duì)一個(gè)給定載波功率的輸出頻率來(lái)說(shuō)，相位噪聲是載波功率相對(duì)于給定的頻率偏移處（頻率合成器通常定義1kHz頻率偏移）1-Hz的帶寬上的功率，單位為dBc/Hz@offsetfrequency。鎖相環(huán)頻率合成器的帶內(nèi)相位噪聲主要取決于頻率合成器，VCO的貢獻(xiàn)很小。相位噪聲的測(cè)量需要頻譜分析儀。注意一點(diǎn)，普通頻譜分析儀讀出的數(shù)據(jù)需要考慮分辨帶寬的影響。即，頻譜分析儀的讀數(shù)減掉10log（RBW）才是正確的相位噪聲數(shù)值。高端的頻譜分析儀往往可以直接給出單邊帶相位噪聲。相位噪聲是信號(hào)在頻域的度量。在時(shí)域，與之對(duì)應(yīng)的是時(shí)鐘抖動(dòng)（jitter）

2、，它是相位噪聲在時(shí)間域里的反映，大的時(shí)鐘抖動(dòng)在高速ADC應(yīng)用中會(huì)嚴(yán)重惡化采樣數(shù)據(jù)的信噪比，尤其是當(dāng)ADC模擬前端信號(hào)的頻率較高時(shí)，更是要求低抖動(dòng)的時(shí)鐘。圖1形象地描述了時(shí)鐘抖動(dòng)。圖表1相位噪聲和時(shí)鐘抖動(dòng)時(shí)鐘抖動(dòng)可以通過(guò)相位噪聲積分得到，具體實(shí)現(xiàn)如下如下：計(jì)算從給定的起始頻率偏移處到結(jié)束頻率（通常定義為兩倍輸出頻率）偏移處的相位噪聲和A，單位為dBc；對(duì)A進(jìn)行取對(duì)數(shù)操作；求相位抖動(dòng)均方值（rmsphasejitter），單位為弧度；將弧度值轉(zhuǎn)換成時(shí)間單位，秒或者皮秒。Word格式..圖表2.時(shí)鐘抖動(dòng)與相位噪聲和白噪聲之間的關(guān)系Word格式..

3、參考雜散鎖相環(huán)中最常見(jiàn)的雜散信號(hào)就是參考雜散。這些雜散信號(hào)會(huì)由于電荷泵源電流與匯電流的失配，電荷泵漏電流，以及電源退耦不夠而增大。在接收機(jī)設(shè)計(jì)中，雜散信號(hào)與其他干擾信號(hào)相混頻有可能產(chǎn)生有用信號(hào)頻率從而降低接收機(jī)的靈敏度。鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，電荷泵會(huì)周期性的（頻率等于鑒相頻率）產(chǎn)生交替變換（正負(fù)）脈沖電流給環(huán)路濾波器。環(huán)路濾波器對(duì)其進(jìn)行積分產(chǎn)生穩(wěn)定的控制電壓。圖表3環(huán)路鎖定時(shí)，PLL電荷泵電流輸出波形當(dāng)鑒相頻率較低時(shí)，由電荷泵的漏電流引起的雜散占主要地位。當(dāng)鑒相頻率較高時(shí)，由電荷泵的交替電流（源電流I和匯電流I）引起的雜散占主要地位。sou

4、rcesink二者頻率的界定。一般地，若電荷泵漏電流為1nA，電荷泵電流為1mA，電荷泵電流的失配在4%時(shí)，交界頻率大約為100k~200kHz。當(dāng)電荷泵處于三態(tài)的時(shí)候（絕大部分時(shí)間是如此），電荷泵的漏電流是雜散的主要來(lái)源。電荷泵漏電流經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器形成控制電壓，以調(diào)諧VCO，這樣就相當(dāng)于對(duì)VCO進(jìn)行調(diào)頻（FM），反映在VCO的輸出，就會(huì)出現(xiàn)雜散信號(hào)。電荷泵漏電流越大，鑒相頻率越低，這種參考雜散越大。在鑒相頻率相等的條件下，電荷泵的漏電流與電荷泵電流的比值越大，由電荷泵漏電流引起的參考雜散會(huì)越大。ADI的PLL產(chǎn)品漏電流大部分在1nA左右的

5、水平上。Word格式..為了對(duì)電荷泵漏電流引起的雜散有個(gè)清楚地認(rèn)識(shí)，這里給出一些仿真波形。仿真條件如下：ADF4106，輸出頻率1GHz，鑒相頻率25kHz，三階無(wú)源濾波器，帶寬2.5Hz，相位裕度45度，VCO模型為SirenzaVCO190-1000T。參考晶振模型10MHz。電荷泵漏電流1nA。當(dāng)環(huán)路濾波器變窄到1kHz后可以看到對(duì)這種雜散的衰減效果如下。Word格式..當(dāng)電荷泵工作時(shí)，電荷泵的交替脈沖電流是雜散的主要來(lái)源。定義電荷泵源電流（Sourcecurrent）與匯電流（Sinkcurrent）的失配程度。雜散增益的定義，Wo

6、rd格式..鎖定時(shí)間鎖相環(huán)從一個(gè)指定頻率跳變到另一個(gè)指定頻率（在給定的頻率誤差范圍內(nèi)）所用的時(shí)間就是鎖定時(shí)間。頻率跳變的步長(zhǎng)取決于PLL頻率合成器工作在限定的系統(tǒng)頻帶上所能達(dá)到的最大的頻率跳變能力。例如，GSM-900，頻率步長(zhǎng)最大為45MHz，而GSM-1800為95MHz。容許的頻率誤差分別為90Hz和180Hz。PLL頻率合成器必須在小于1.5個(gè)時(shí)隙（GSM的一個(gè)時(shí)隙是577us）內(nèi)達(dá)到鎖定。鎖定時(shí)間還需要另外一個(gè)指標(biāo)來(lái)度量，即PLL頻率合成器輸出達(dá)到給定相位誤差范圍所用的時(shí)間。圖3是ADI提供的一種測(cè)量相位鎖定的方法，該方法利用AD

7、I的增益/相位聯(lián)合檢波器AD8302實(shí)現(xiàn)。圖表4.相位鎖定時(shí)間測(cè)量的一種方法Word格式..參考晶振有哪些要求？我該如何選擇參考源？波形：可以使正弦波，也可以為方波。功率：滿足參考輸入靈敏度的要求。穩(wěn)定性：通常用TCXO，穩(wěn)定性要求<2ppm。這里給出幾種參考的穩(wěn)定性指標(biāo)和相位噪聲指標(biāo)。頻率范圍：ADI提供的PLL產(chǎn)品也可以工作在低于最小的參考輸入頻率下，條件是輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率要滿足給定的要求。例如，ADF4106的數(shù)據(jù)手冊(cè)要求的最小參考輸入信號(hào)REFIN為20MHz，功率最小為-5dBm，這相當(dāng)于轉(zhuǎn)換速率（slewrate）為22.6V

8、/us，峰峰值為360mV的正弦波。具體計(jì)算如下：對(duì)正弦波Vp*sin(2*pi*f*t)而言，轉(zhuǎn)換速率SlewRate=dv/dt

9、max=2*pi*f*Vp。那么我們來(lái)考察功