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利用集成鎖相環(huán)提高設計系統的頻率性能

時(shí)間:2019-02-19 08:33:43來(lái)源:不詳 作者:admin 點(diǎn)擊:次
鎖相環(huán)（PLL）是電子系統中功能最多，最靈活，最有價(jià)值的電路配置之一，因此可用于許多應用。它用于時(shí)鐘重定時(shí)和恢復，作為頻率合成器，以及作為可調諧振蕩器，僅舉幾個(gè)例子

鎖相環(huán)（PLL）是電子系統中功能最多，最靈活，最有價(jià)值的電路配置之一，因此可用于許多應用。它用于時(shí)鐘重定時(shí)和恢復，作為頻率合成器，以及作為可調諧振蕩器，僅舉幾個(gè)例子。結果，PLL存在于許多RF設備中，包括無(wú)線(xiàn)電接收器和測試設備。根據其具體實(shí)現，它可以從近DC到GHz和更高頻率服務(wù)，在系統和電路中發(fā)揮許多關(guān)鍵作用。

PLL是閉環(huán)（負反饋）架構，基本PLL由這些塊組成（圖1）：

利用集成鎖相環(huán)提高設計系統的頻率性能

圖1：基本PLL是閉環(huán)負反饋系統，其中參考信號和VCO輸出之間的誤差用于校正該輸出;低通濾波器是建立環(huán)路動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵因素。

相位/頻率檢測器（PFD）（通常簡(jiǎn)稱(chēng)為相位檢測器PD）將輸入信號與參考信號進(jìn)行比較信號并產(chǎn)生與其相位差成比例的誤差信號（請記住，相位和頻率密切相關(guān)，因為頻率是相位的時(shí)間導數）;相位檢測器輸出通常進(jìn)入電荷泵，該電荷泵將小電流差轉換為更大的電壓

低通濾波器（LPF），其形成誤差信號的頻譜;這種濾波器的設計通常是工程科學(xué)和直觀(guān)藝術(shù)的結合，是設置PLL操作的許多動(dòng)態(tài)的主要因素。

具有輸出相位/頻率的壓控振蕩器（VCO）由誤差信號控制

VCO輸出端的可選分頻器，使PLL產(chǎn)生參考頻率的多因子N的頻率; N可以是整數，并且許多PLL設計支持小數N非整數除法

VCO（和分頻器，如果使用的話(huà)）的輸出進(jìn)入相位/頻率檢測器完成反饋循環(huán)。在操作中，誤差信號隨著(zhù)相位差的增加而增加。這會(huì )以相反的方向驅動(dòng)VCO相位，從而減少誤差信號。結果，輸出的相位被鎖定到另一個(gè)輸入的相位。

當PLL輸出密切跟蹤輸入并且誤差信號很小且相對穩定時(shí)，PLL被稱(chēng)為“鎖相”或簡(jiǎn)單地“鎖定”。根據應用，輸出系統中使用的PLL系統的一個(gè)或者是VCO的輸出，或者是VCO的控制信號。

PLL當然是在20世紀20年代左右使用真空管設計的。隨著(zhù)20世紀70年代推出的第一個(gè)大眾市場(chǎng)PLL作為IC Signetics NE565（0.001 Hz至500 kHz）的運行，它們的受歡迎程度得到了顯著(zhù)提升。雖然這部分顯然已經(jīng)過(guò)時(shí)（并且Signetics早已不復存在），但其數據表已存檔并可在線(xiàn)獲取 1 。

PLL可以使用模擬，數字或混合構建信號電路。早期的PLL是全模擬的，具有模擬相位檢測器，低通濾波器，VCO和可選的分頻器;分頻器很快升級為數字分頻器，允許整數和小數整數除法。數字PLL現在用一個(gè)上下計數器代替相位檢測器，該計數器在數字域中執行類(lèi)似功能，也可以使用數字濾波器，誤差信號驅動(dòng)直接數字合成器作為VCO。

由于其內部結構的模塊化，廣泛使用和廣泛的應用，PLL是莎士比亞或詹姆斯喬伊斯作品的工程對應物，因為它一直是無(wú)數文章，論文和書(shū)籍的主題。他們廣泛分析了PLL的廣泛定性討論以及高度詳細的定量模型;幾乎所有這些分析都始于Gardner和Viterbi 2,3 的經(jīng)典著(zhù)作。

可用的技術(shù)論文涵蓋了PLL的性能，其每個(gè)功能模塊中存在多種噪聲，抖動(dòng)，漂移，非線(xiàn)性，失真和其他電路缺陷，以及多種輸入的性能信號。其中包括檢查時(shí)域和頻域PLL操作的論文;一些專(zhuān)注于簡(jiǎn)單的一階模型，而另一些則使用高度復雜的模型，捕捉PLL電路和信號的許多現實(shí)細微之處。

PLL參數滿(mǎn)足應用目標

與大多數模型一樣電子電路，有一些基本參數適用于幾乎所有應用，有些在特定情況下更為關(guān)鍵。通過(guò)調整相位檢測器，低通濾波器，VCO和分頻器的一些設計細節，PLL設計可以在這些參數之間權衡性能，以最好地適應應用優(yōu)先級。最重要的因素包括：

工作頻率：PLL的標稱(chēng)自由頻率及其VCO

工作范圍：頻率范圍PLL和VCO將運行。這包括PLL可以獲取信號并實(shí)現鎖定的引入范圍，以及一旦實(shí)現鎖定就可以保持鎖定的更寬范圍

回轉或捕獲時(shí)間：所需的時(shí)間PLL在外部操作極限處獲取并鎖定信號，在很大程度上由低通濾波器決定;窄帶寬濾波器具有更長(cháng)的捕獲時(shí)間但限制了噪聲和抖動(dòng)，而更寬帶寬的濾波器具有更快的響應但允許更多噪聲通過(guò)PLL系統

噪聲和抖動(dòng)：添加了任何噪聲或抖動(dòng)通過(guò)PLL的元件，即使有完美的信號，它也會(huì )出現在輸出端�？傮w噪聲品質(zhì)因數（FOM）以dBc/Hz表示，并且有幾種不同類(lèi)型的FOM

死區：當相位/頻率檢測器的兩個(gè)輸入非常接近時(shí)，檢測器可能沒(méi)有看到這個(gè)，因此不會(huì )產(chǎn)生錯誤輸出;這有點(diǎn)類(lèi)似于電子滯后或機械靜摩擦

許多其他因素也可能適用于不同應用中的PLL，例如無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR），失真，截距和溫度系數;完整列表可能非常冗長(cháng)。

PLL IC在頻率，性能，集成方面不斷提升

為了實(shí)現給定應用的最佳性能因素組合，PLL的用戶(hù)將購買(mǎi)并連接單獨的模塊：階段/頻率檢測器，定制濾波器，VCO和其他元件。當然，模塊和混合設備的制造商很快就提供了完整的PLL作為完全特征化的單元，通過(guò)組合多個(gè)單獨的IC芯片和分立元件。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持

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