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    基于电荷泵锁相环的有源环路滤波器的设计

    时间:2019-10-07 21:48来源:未知 作者:admin 点击:
    了三阶有源环路滤波器,用ADS工具对锁相环系统性能进行仿真,仿真结果与理论相吻合。实验结果表明,所 电荷泵结构的锁相环(CPLL)具有易于集成、低功耗、无相差锁定、低抖动等优点,因而得到广泛应用。环路滤波器(LPF)是电荷泵锁相环电路的重要部分,其决定了

      了三阶有源环路滤波器,用ADS工具对锁相环系统性能进行仿真,仿真结果与理论相吻合。实验结果表明,所

      电荷泵结构的锁相环(CPLL)具有易于集成、低功耗、无相差锁定、低抖动等优点,因而得到广泛应用。环路滤波器(LPF)是电荷泵锁相环电路的重要部分,其决定了锁相环的基本频率特性。由于有源器件会引入的相位噪声,因此一般情况下采用无源滤波器作为环路滤波器。但是对宽带高压VCO调谐时,须采用有源环路滤波器以提供较高的输出电压。通常有源环路滤波器常选择二阶以上,采用多阶极点可以改善有源滤波器的性能。此外,高阶环路滤波器可在保证相同的鉴相杂散抑制的同时,可以允许更宽的环路带宽和更高的鉴相频率,降低了分频比,从而改善锁相环的带内相位噪声性能。因此,研究有源环路滤波器的设计有着重要的意义。

      电荷泵锁相环结构如图1所示,包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器。鉴频鉴相器比较两个信号的相位与频率差,68758.com,并产生控制信号给电荷泵,然后电荷泵相应地给环路滤波器充放电,此时压控振荡器输出频率正比于环路滤波器上的控制电压,最终使参考时钟fr与分频器的输出信号同频同相,即压控振荡器的输出信号频率f0为参考时钟频率的N倍。

      如果输入信号的带宽为Br,那么最终得到的输出信号带宽B0为参考源输入带宽Br的N倍。

      电荷泵锁相环本质上是一个离散时间采样的动态系统,当环路带宽远远小于参考时钟频率时,可以采用连续时间近似;当相位误差在PFD的鉴相范围内时,可以采用线性近似。那么当电荷泵锁相环处于相位锁定过程时,就可得到一个线性连续时间相位模型,如图2所示。

      其中Kd是PFD和电荷泵一起构成的鉴相器增益,并有Kd=Icp/2,Icp为电荷泵的充放电电流,kvco为压控振荡器的增益,N为分频器的分频比,Z(s)为环路滤波器的传输函数。设计中锁相环路起到了倍频的作用,参考输入的噪声由于倍频而恶化。

      S,ref(f)为参考输入的噪声功率谱密度,S,out(f)经过锁相环路倍频后输出噪声功率谱密度,根据信号理论,可得:

      开环增益G(f)=KdKvcoZ(f)/2是在频域上单调递减,因此H(f)呈现低通特性,低通截止频率为fc,等于锁相环的环路带宽。在环路带内较小的偏离频率范围ffc处有H(f)1,此时参考输入噪声影响锁相环输出信号的相位噪声。从公式(3)中,可知参考信号输入的相位噪声与杂散由于锁相环路倍频而恶化20lgN(dB),因而分频比不宜过大,而较低的分频比也意味着更高的频率分辨率和改善的锁定速度;另一方面,当分频比较低时,DDS的输出频率带宽需要足够大,这必然会增大输出杂散和相位噪声。

      通常用于锁相环的有源环路滤波器包括简单增益型和反馈型两种,在实际工程中多采用简单增益型,常见的为二阶和三阶滤波器。

    (责任编辑:admin)
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