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PLL回路滤波器设计调整指南及使用案例

导读: 假设您已经通过迭代信息传递相位边限和回路带宽在锁相环(PLL)上花费了一些时间。但遗憾地是,还是无法在相位噪声、杂散和锁定时间之间达成良好的平衡。感到泄气?想要放弃?等一下!你是否试过伽马优化参数?

假设您已经通过迭代信息传递相位边限和回路带宽在锁相环(PLL)上花费了一些时间。但遗憾地是,还是无法在相位噪声、杂散和锁定时间之间达成良好的平衡。感到泄气?想要放弃?等一下!你是否试过伽马优化参数?

伽马优化参数

伽马是一个数值大于零的变量。当伽马等于1时,相位边限在回路频处会达到最大值(图1)。很多回路滤波器设计方法把伽马值设为1,这是个很好的起点,但还有进一步优化的空间。

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图1:伽马等于1时的波德图

伽马能够有效用于优化带内相位噪声,尤其是因压控振荡器 (VCO) 带来的提升斜率。此外,如果因为鉴相器频率限制和电荷泵电流,您无法获得更高的回路带宽,伽马能够帮助您打破最大可实现回路带宽的限制。不过,如果您将伽马值设置的很大,则会明显延长锁定时间。

图2所示为伽马对相位噪声的影响。回路带宽和相位边限相同,而伽马值不同。伽马值越高,由于噪声整形回路滤波器平缓度提升,VCO的提升斜率也会变低。

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图2:相位噪声 vs 伽马值为1.0882时(a);相位噪声 vs 伽马值为3.747时(b)

图3所示为二阶回路滤波器下可实现的最大回路带宽 vs 不同的伽马值。鉴相器频率及电荷泵电流保持不变。

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图3:回路带宽 vs 伽马值

如果设计目标为100kHz回路带宽,45度相位边限,当伽马值限制为1时,您最多只能得到79kHz的回路带宽。然而,如果您能接受更高的伽马值,如伽马值等于8,则可以实现设计目标。此时,回路带宽为96.6kHz,相位边限为43.4度。

但较高的伽马值也有其蔽处:锁定时间更长。图4所示为不同伽马值下200MHz频率跃变的锁定时间;回路带宽和相位边限保持不变。当伽马值和回路带宽分别为1和3.7,稳定容差在±100Hz范围内,模拟锁定时间值分别为46.5μs与118μs。

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图4:锁定时间 vs 伽马值

使用案例

只要伽马值优化参数不限于1,您就能更自由的去开发您的PLL环。例如,如果目标是实现最小时基误差,通常,您需要将回路带宽与相位边限设置为更高的数值。如果伽马值等于1,由于相位边限响应的峰值与回路带宽一致,您可能无法得到期望的高回路带宽值。这种情况下,您可以通过设置大于1的伽马值,牺牲锁定时间。这样,您就可以得到更高的回路带宽值。

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