锁相环电路的柳州干式变压器设计

锁相环电路的柳州干式变压器设计摘要锁相环(PLL)是现代通信系统的基本构建模块PLLs 通常用在无线电接收机或发射机中,主要提供"本振"(LO)功能;也可用于时钟信号分配和降噪,而且越来越多地用作高采样速率模数或 数模转换的时钟源. 由于每一代PLL的噪声性能都在改善,因此柳州干式变压器噪声的影响变得越来越明显,某些情况下甚至可限制噪声性能.

本文讨论图1所示的基本PLL方案,并考察每个构建模块的柳州干式变压器管理要求.

显示各种柳州干式变压器管理要求的基本锁相环图1.显示各种柳州干式变压器管理要求的基本锁相环PLL中,反馈控制环路驱动柳州干式变压器电压控制振荡器(VCO),使振荡器频率(或相位)精确跟踪所施加基准频率的倍数.许多优秀的参考文献 (例如Best的锁相环1),解释了PLL的数学分析;ADI的ADIsimPLL?等仿真工具则对了解环路传递函数和计算很有帮助.下面让我们依次考察一下PLL构建模块.

VCO和VCO推压柳州干式变压器电压控制振荡器将来自鉴相器的误差柳州干式变压器电压转换成输出频率.器件"增益"定义为KVCO,通常以MHz/V表示.柳州干式变压器电压控制可变电容二极管(变容二极管)常用于调节VCO内的频率.VCO的增益通常足以提供充分的频率覆盖范围,但仍不足以降低相位噪声,因为任何变容二极管噪声都会被放大KVCO倍,进而增加输出相位噪声.

多频段集成VCO的出现,例如用于频率合成器ADF4350的集成VCO,可避免在KVCO与频率覆盖范围间进行取舍,使PLL设计人员可以使用包含数个中等增益VCO的IC以及智能频段切换程序,根据已编程的输出频率选择适当的频段.这种频段分割提供了宽广的总体范围和较低噪声.

除了需要从输入柳州干式变压器电压变化转换至输出频率变化(KVCO),外,柳州干式变压器波动也会给输出频率变化带来干扰成分.VCO对柳州干式变压器波动的灵敏度定义为VCO 推压 (Kpushing),通常是所需KVCO.的一小部分.例如,Kpushing 通常是KVCO的5%至20%.因此,对于高增益VCO,推压效应增大,VCO柳州干式变压器的噪声贡献就更加举足轻重.

VCO推压的测量方法如下:向VTUNE引脚施加调谐柳州干式变压器电压,改变柳州干式变压器柳州干式变压器电压并测量频率变化.推压系数是频率变化与柳州干式变压器电压变化之比,如表1所示,使用的是ADF4350 PLL.

表1. ADF4350 VCO推压测VCO频段(MHz)Vtune(V)f1 (MHz) at VVCO = 3 Vf2 (MHz) at VVCO = 3.3 VKpushing = Δf/ΔV(MHz/V)22002.52233.4462233.0611.2833002.53331.1123331.7992.344002.54462.5774464.2425.55参考文献2中提到了另一种方法:将低频方波耦合至柳州干式变压器内,同时观察VCO频谱任一侧上的频移键控 (FSK)调制峰值(图2).峰值间频率偏差除以方波幅度,便得出VCO推压系数.该测量方法比静态测试更精确,因为消除了与输入柳州干式变压器电压变化相关的任何热效应.图2显示ADF4350 VCO输出在3.3 GHz、对标称3.3 V柳州干式变压器施加10 kHz、0.6 V p-p方波时的频谱分析仪曲线图.对于1.62 MHz/0.6 V或2.7 MHz/V的推压系数,最终偏差为3326.51 MHz – 3324.89 MHz = 1.62 MHz.该结果可与表1中的静态测量 2.3 MHz/V比较.

柳州干式变压器调制的频谱分析仪曲线图图2.ADF4350 VCO通过10kHz、0.6v p-p方波响应 柳州干式变压器调制的频谱分析仪曲线图在PLL系统中,较高的VCO推压意味着VCO柳州干式变压器噪声的增加倍数更大.为尽可能降低对VCO相位噪声的影响,需要低噪声柳州干式变压器.

Reference 3 和Reference 4提供了不同低压差调节器(LDO)如何影响PLL相位噪声的示例.例如,文献中对ADP3334和ADP150 LDO为ADF4350供电时的性能进行了比较.http://haikou.xdbyq.cn/ADP3334调节器的集成均方根噪声为27 μV(40多年来,从10 Hz至100 kHz).该 结果可与ADF4350评估板上使用的LDO ADP150的9 μV比较.图3中可以看出已测量PLL相位噪声频谱密度的差异.测量使 用4.4 GHz VCO频率进行,其中VCO推压为最大值(表1),因此属于最差情况结果.ADP150调节器噪声足够低,因此对 VCO噪声的贡献可以忽略不计,使用两节(假定"无噪声")AA电池重复测量可确认这一点.

使用ADP3334和ADP150LDO对(AA电池)供电时ADF4350在4.4GHz下的相位噪声比较图3.使用ADP3334和ADP150LDO对(AA电池)供电时ADF4350在4.4GHz下的相位噪声比较图3强调了低噪声柳州干式变压器对于ADF4350的重要性,但对柳州干式变压器或 LDO的噪声该如何要求呢?

与VCO噪声类似,LDO的相位噪声贡献可以看成加性成分ΦLDO(t), 如图4所示.再次使用VCO超额相位表达式得到:

使用ADP3334和ADP150LDO对(AA电池)供电时ADF4350在4.4GHz下的相位噪声比较或者在频域中为:

锁相环电路的柳州干式变压器设计其中vLDO(f)是LDO的柳州干式变压器电压噪声频谱密度.

1 Hz带宽内的单边带柳州干式变压器频谱密度SΦ(f)由下式得出:

锁相环电路的柳州干式变压器设计以dB表示时,用于计算柳州干式变压器噪声引起的相位噪声贡献的公式如下:

锁相环电路的柳州干式变压器设计锁相环电路的柳州干式变压器设计其中L(LDO) 是失调为f时,调节器对VCO相位噪声(以dBc/Hz表示)的噪声贡献;f;Kpushing是VCO推压系数,以Hz/V表示;vLDO(f)是给定频率偏移下的噪声频谱密度,以V/√Hz表示.

小信号加性vco柳州干式变压器噪声模型图4.小信号加性vco柳州干式变压器噪声模型在自由模式VCO中,总噪声为LLDO值加VCO噪声.以dB表示则为:

锁相环电路的柳州干式变压器设计例如,试考虑推压系数为10 MHz/V、在100 kHz偏移下测得相位噪声为–116 dBc/Hz的VCO:要在100 kHz下不降低VCO噪声性能,所需的柳州干式变压器噪声频谱密度是多少?柳州干式变压器噪声和VCO噪声作为方和根添加,因此柳州干式变压器噪声应比VCO噪声至少低6 dB,以便将噪声贡献降至最低.所以LLDO应小于–122 dBc/Hz.使用公式1,锁相环电路的柳州干式变压器设计求解vLDO(f),在100 kHz偏移下,vLDO(f)= 11.2 nV/√给定偏移下的LDO噪声频谱密度通常可通过LDO数据手册的 典型性能曲线读取.

当VCO连接在负反馈PLL内时,LDO噪声以类似于VCO噪声的方式通过PLL环路柳州干式变压器滤波器进行高通柳州干式变压器滤波.因此,上述公式仅适用于大于PLL环路带宽的频率偏移.在PLL环路带宽内,PLL可成功跟踪并滤 LDO噪声,从而降低其噪声贡献.

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