鎖相環(huán)相位噪聲與環(huán)路帶寬的關(guān)系分析

0 引 言
電荷泵鎖相環(huán)是閉環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)各個部分都是一個噪聲源，各部分噪聲的大小不僅與電路本身有關(guān)，而且還與環(huán)路帶寬等因素有關(guān)。因此，設(shè)計時必須分析其各頻率范圍內(nèi)噪聲源影響力的大小，權(quán)衡確定環(huán)路帶寬與各噪聲源的相互制約關(guān)系。以下利用鎖相環(huán)的等效噪聲模型，重點分析電荷泵鎖相環(huán)系統(tǒng)的相位噪聲特性，得出系統(tǒng)噪聲特性的分布特點以及與環(huán)路帶寬的關(guān)系。

1 電荷泵鎖相環(huán)的基本原理
圖1為電荷泵鎖相環(huán)的示意圖，主要由鑒相鑒頻器(PFD)、電荷泵、濾波器、壓控振蕩器(VCO)、分頻器等5部分組成，鑒相鑒頻器主要用來檢測輸入信號x(t)與反饋信號xf(t)的頻率、相位誤差，并產(chǎn)生UP，DOWN信號控制電荷泵的開關(guān)。電荷泵由兩個對稱的電流源和開關(guān)組成。電荷泵的開關(guān)會對濾波器上的電容充放電，電流經(jīng)過濾波器濾波后濾掉高頻信號，在濾波器上產(chǎn)生能調(diào)整壓控振蕩器頻率和相位的電壓v(t)。當v(t)上的電壓被調(diào)整為一個合適的電壓值時，xi(t)的頻率和相位與x(t)的一致，系統(tǒng)最終處于平衡狀態(tài)，從而實現(xiàn)對輸入信號的跟蹤。

2 電荷泵鎖相環(huán)的噪聲模型與相位噪聲特性分析
電荷泵鎖相環(huán)的環(huán)路等效噪聲模型可以用鎖相環(huán)各子模塊附加噪聲源表示。圖2給出了帶有無源濾波器鎖相環(huán)噪聲源模的型。設(shè)fm為距離調(diào)制頻率的偏移量，該圖中主分頻器、參考時鐘分頻器的均方噪聲功率譜密度分別被表示為ψd(fm)和ψrcf(fm)；鑒相鑒頻器的相位噪聲被表示為ψpd(fm)；晶體振蕩器的相位噪聲被表示為ψx(fm)；相位噪聲源的單位是電荷泵的噪聲被等價為電流源inp(fm)(單位：)；
濾波器的噪聲被等價為電壓源Vnf(fm)(單位：
的自由振蕩噪聲被表示為

環(huán)路輸出信號的均方噪聲功率譜密度被表示為它是閉環(huán)情況下所有噪聲源影響的總和。輸出相位噪聲功率譜密度可以表示為：

式中：ψolp2(fm)為具有低通傳輸函數(shù)的噪聲源功率譜密度；ψohp2(fm)為具有高通傳輸函數(shù)的噪聲源功率譜密度。