絕對干貨!PLL應(yīng)用的常見問題及解決方法
發(fā)布時間:2020-08-18 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】鎖相環(huán)(PLL)是一種反饋系統(tǒng),其中電壓控制振蕩器(VCO)和相位比較器相互連接,使得振蕩器可以相對于參考信號維持恒定的相位角度。在使用PLL的過程中您都遇到過哪些問題呢?
ADI智庫新上線的文檔整理了PLL應(yīng)用中的常見問題,包含PLL芯片接口相關(guān)問題、PLL芯片性能相關(guān)問題、PLL的調(diào)試以及如何為設(shè)計選擇合適的PLL芯片等問題。在這里,掃描二維碼可免費(fèi)獲取哦~
掃碼免費(fèi)下載《鎖相環(huán)常見問題解答》
1 參考晶振有哪些要求?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< 2 ppm。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,條件是輸入信號的轉(zhuǎn)換速率要滿足給定的要求。
建議
在PLL 頻率綜合器的設(shè)計中,我們推薦使用溫度補(bǔ)償型晶振(TCXO)。在需要微調(diào)參考的情況下使用 VCXO,需要注意 VCXO 靈敏度比較小,比如 100Hz/V,所以設(shè)計環(huán)路濾波器的帶寬不能很大(比如 200Hz),否則構(gòu)成濾波器的電容將會很大,而電阻會很小。普通有源晶振,由于其溫度穩(wěn)定性差,在高精度的頻率設(shè)計中不推薦使用。
2 鎖相環(huán)系統(tǒng)的相位噪聲來源有哪些?減小相位噪聲的措施有哪些?
參考晶振(TCXO,VCXO)和 R 分頻,PLL 電荷泵,壓控振蕩器(VCO),N 分頻。鎖相環(huán)系統(tǒng)的相位噪聲來源于四個部分,參考輸入,反饋分頻 1/N,電荷泵,VCO,這四部分貢獻(xiàn)項可以用公式來表示。
鎖相環(huán)相位噪聲貢獻(xiàn)項模型
……(公式解說請掃描二維碼下載完整文檔查看)
減小相位噪聲的措施:
(1)增大鑒相頻率(N 變小)
(2)縮小環(huán)路帶寬(限制噪聲)
(3)增大電荷泵電流(Kd)
(4)參考晶振選用更低噪聲的產(chǎn)品。
如果在頻譜分析儀上測出的單邊帶相位噪聲曲線的轉(zhuǎn)折頻率大于設(shè)計的環(huán)路帶寬,說明系統(tǒng)的噪聲太大,應(yīng)該檢查參考晶振,電荷泵的電流,PLL Core Power Level。
3 頻繁地開關(guān)鎖相環(huán)芯片的電源會對鎖相環(huán)有何影響?
不建議頻繁地開關(guān)鎖相環(huán)的電源,這可能會使芯片暫時進(jìn)入一種不穩(wěn)定的電源狀態(tài)(下電時電容瀉放電荷不充分,上電時電容充電不充分),從而導(dǎo)致鎖相環(huán)不能鎖定。如果產(chǎn)品要求如此,則可使用芯片資料中提到的“CE pin method”來對芯片進(jìn)行上電和下電。
4 到底用小數(shù)分頻好還是整數(shù)分頻好?
從相噪性能上看,小數(shù)分頻鎖相環(huán)可以工作在較高的鑒相頻率,分頻系數(shù) N 小,在較小信道間隔的應(yīng)用中,與整數(shù)分頻的鎖相環(huán)相比,可以獲得較好的帶內(nèi)相位噪聲。這時,小數(shù)分頻的鎖相環(huán)是首選。但是如果是單頻或者信道間隔很大(>幾百 kHz)的應(yīng)用,小數(shù)分頻的這種低相噪優(yōu)勢并不明顯。整數(shù)分頻的鎖相環(huán)同樣可以達(dá)到高鑒相頻率,低相噪的目的,甚至?xí)^小數(shù)分頻的鎖相環(huán)。另外也需要考慮由于采用了雜散補(bǔ)償電路,所以該電路會增加環(huán)內(nèi)的相位噪聲。
從雜散性能上看,在較小的信道間隔(<10kHz)上,小數(shù)分頻鎖相環(huán)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于整數(shù)分頻鎖相環(huán),為什么呢?(請掃描二維碼下載完整文檔查看)
5 環(huán)路濾波器采用有源濾波器還是無源濾波器?
有源濾波器因為采用放大器而引入噪聲,所以采用有源濾波器的 PLL 產(chǎn)生的頻率的相位噪聲性能會比采用無源濾波器的 PLL 輸出差。因此在設(shè)計中我們盡量選用無源濾波器。其中三階無源濾波器是最常用的一種結(jié)構(gòu)。PLL 頻率合成器的電荷泵電壓 Vp 一般取 5V 或者稍高,電荷泵電流通過環(huán)路濾波器積分后的最大控制電壓低于 Vp 或者接近 Vp。
如果VCO/VCXO 的控制電壓在此范圍之內(nèi),無源濾波器完全能夠勝任;如果VCO/VCXO 的控制電壓超出了 Vp,或者非常接近 Vp 的時候,就需要用有源濾波器。在對環(huán)路誤差信號進(jìn)行濾波的同時,也提供一定的增益,從而調(diào)整VCO/VCXO控制電壓到合適的范圍。
那么如何選擇有源濾波器的放大器呢?這類應(yīng)用主要關(guān)心一下的技術(shù)指標(biāo):
● 低失調(diào)電壓(Low Offset Voltage) [通常小于 500uV]
● 低偏流(Low Bias Current) [通常小于 50pA]
如果是單電源供電,需要考慮使用軌到軌(Rail-to-Rail)輸出型放大器。
PLL更多常見問題
● 控制多片 PLL 芯片時,串行控制線是否可以復(fù)用?
● 環(huán)路濾波器參數(shù)如何設(shè)置?
● PLL 對于 VCO 有什么要求?如何設(shè)計 VCO 輸出功率分配器?
● 如何設(shè)置電荷泵的極性?
● 鎖定指示電路如何設(shè)計?
● PLL 對射頻輸入信號有什么要求?
● PLL 芯片對電源的要求有哪些?
● 為何測出的相位噪聲性能低于 ADIsimPLL 仿真預(yù)期值?
● 鎖相環(huán)鎖定時間取決于哪些因素?如何加速鎖定?
● 為何鎖相環(huán)在做高低溫試驗的時候,出現(xiàn)頻率失鎖?
● 非跳頻(單頻)應(yīng)用中,最高的鑒相頻率有什么限制?
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