锁相环电路的眉县S13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,因此眉县S13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眉县S13变压器管理要求. 显示各种眉县S13变压器管理要求的基本锁相环图1.显示各种眉县S13变压器管理要求的基本锁相环PLL中,反馈控制环路驱动眉县S13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推压眉县S13变压器电压控制振荡器将来自鉴相器的误差眉县S13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.眉县S13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. 除了需要从输入眉县S13变压器电压变化转换至输出频率变化(KVCO),外,眉县S13变压器波动也会给输出频率变化带来干扰成分.VCO对眉县S13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眉县S13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引脚施加调谐眉县S13变压器电压,改变眉县S13变压器眉县S13变压器电压并测量频率变化.推压系数是频率变化与眉县S13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:将低频方波耦合至眉县S13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,因为消除了与输入眉县S13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眉县S13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. 眉县S13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 眉县S13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眉县S13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,需要低噪声眉县S13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.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强调了低噪声眉县S13变压器对于ADF4350的重要性,但对眉县S13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: 锁相环电路的眉县S13变压器设计其中vLDhttp://www.s11-scb10.com/O(f)是LDO的眉县S13变压器电压噪声频谱密度. 1 Hz带宽内的单边带眉县S13变压器频谱密度SΦ(f)由下式得出: 锁相环电路的眉县S13变压器设计以dB表示时,用于计算眉县S13变压器噪声引起的相位噪声贡献的公式如下: 锁相环电路的眉县S13变压器设计锁相环电路的眉县S13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眉县S13变压器噪声模型图4.小信号加性vco眉县S13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: 锁相环电路的眉县S13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,所需的眉县S13变压器噪声频谱密度是多少?眉县S13变压器噪声和VCO噪声作为方和根添加,因此眉县S13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,锁相环电路的眉县S13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环路眉县S13变压器滤波器进行高通眉县S13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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