PLL設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)----之電源設(shè)計(jì)

PLL(Phase Locked Loop)： 為鎖相回路或鎖相環(huán),用來(lái)統(tǒng)一整合時(shí)脈訊號(hào),使內(nèi)存能正確的存取資料。PLL用于振蕩器中的反饋技術(shù)。鎖相環(huán)通常由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)和壓控振蕩器(VCO)三部分組成鎖相環(huán)是一種反饋電路，其作用是使得電路上的時(shí)鐘和某一外部時(shí)鐘的相位同步。PLL通過(guò)比較外部信號(hào)的相位和由壓控晶振(VCXO)的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的，在比較的過(guò)程中，鎖相環(huán)電路會(huì)不斷根據(jù)外部信號(hào)的相位來(lái)調(diào)整本地晶振的時(shí)鐘相位，直到兩個(gè)信號(hào)的相位同步。

PLL 主要應(yīng)用在雷達(dá)通信、通信基站以及其他行業(yè)領(lǐng)域中。因此鎖相環(huán)的信號(hào)質(zhì)量尤為關(guān)鍵。這里也要說(shuō)下PLL 的優(yōu)缺點(diǎn)，PLL 的主要優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)噪聲低，由于鑒相頻率低，鎖定頻率變化小，因此具有良好的窄帶跟蹤濾波特性和抑制干擾能力,大量節(jié)省了濾波器。PLL 缺點(diǎn)主要為由于鑒相頻率低，要擴(kuò)大輸出頻率范圍就必須增大鑒相頻率和N值，這樣頻率間隔就增大，即頻率步進(jìn)大，分辨率低。因此要設(shè)計(jì)出一款高性能，低噪聲的PLL，主要有幾個(gè)關(guān)鍵因素決定：PLL 供電，VCO的精度還有參考時(shí)鐘，這幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

這里我們主要談的是PLL 的電源設(shè)計(jì)。在電源設(shè)計(jì)中，由于PLL和VCO 的功耗比較高，典型的ADI 的ADF4350，其電流約為500mA，因此如何選好電源芯片是關(guān)鍵.面對(duì)以上問(wèn)題有2種解決辦法，首先PLL 供電一般都是5V，VCO 的供電是不固定的，有的是12V有的是8V 有的是5V，因此這個(gè)我們?cè)谧鲭娫丛O(shè)計(jì)的時(shí)候也需要做好濾波處理。

假設(shè)我們選擇的電源是高電壓，例如15V，那么我們首先要進(jìn)行DCDC轉(zhuǎn)換到5V，在這里選擇DCDC 的時(shí)候要注意，選擇開關(guān)頻率要高，因?yàn)殚_關(guān)頻率高了，在電源濾波過(guò)程中才好處理，在DCDC輸出后一般都是進(jìn)行π型濾波器進(jìn)行電源濾波，這里關(guān)鍵的點(diǎn)要注意的就是。

假設(shè)PLL 是5V，那么我們DCDC輸出的電壓就必須要高于5V一點(diǎn)，一般在6-7V為宜，為什么呢?因?yàn)槲覀冞€要進(jìn)行LDO 穩(wěn)壓，這里大家可能不明白為什么這樣做，這樣做的好處就是更好的隔離DCDC的噪聲，當(dāng)然沒我們選擇DCDC 和LDO 的時(shí)候，就需要選擇低噪聲的芯片，當(dāng)我們得到5V電壓后，我們可以用示波器測(cè)試其電源紋波，一般要在2-3mV，因?yàn)槭静ㄆ鞯木仁窃?mv以下都不夠準(zhǔn)確了，因?yàn)閮?nèi)部噪聲就很嚴(yán)重。

即使我們的電源做到了5mv以下的紋波，也不會(huì)說(shuō)我們的PLL 就沒事了，因?yàn)轭l譜儀可以看到非常低的噪聲，我用過(guò)的RS-FSU最低是可以看到-130dbc的相位噪聲，因此我們不能說(shuō)從示波器上面看到電源很趕緊，就認(rèn)為已經(jīng)很不錯(cuò)了，就像比如0dBm不是沒有功率一樣。因此電源濾波一定要處理好。

電源處理好了，就沒事了嗎??錯(cuò)，還有一個(gè)是空間輻射，因?yàn)镈CDC的頻率可能經(jīng)過(guò)空間輻射出來(lái)已經(jīng)干擾到了PLL，你可以在頻譜上看到這樣的現(xiàn)象：

在頻譜的兩邊有堆成的小包，而且一般都在近端，當(dāng)然這個(gè)小包不一定是在DCDC 造成的，可能是鑒相泄漏，也可能是其他原因，我們?cè)趺慈ヅ袛嗄?這個(gè)時(shí)候你可以用吸收材料改在電源上，或許就會(huì)改善，那么就說(shuō)明你的信號(hào)已經(jīng)被DCDC 污染了，這里就需要我們進(jìn)行隔離，最好的隔離是腔體，腔體和電源之間進(jìn)行穿心電容連接，這樣對(duì)信號(hào)質(zhì)量改善很有幫助。

對(duì)PLL電源處理好了，就沒事了嗎?也不是的，還有CPU， PLL信號(hào)質(zhì)量在設(shè)計(jì)上不光與電源有關(guān)，還與我們的軟件設(shè)計(jì)有關(guān)系，如果我們的軟件一直在送數(shù)據(jù)，那么你就會(huì)發(fā)現(xiàn)頻譜的低噪出現(xiàn)很多雜散，還有寄存器配置等等，這里我們不主要研究。在CPU 控制PLL 的時(shí)候，雖然我們PLL 電源很趕緊，但是CPU 電源噪聲很大，控制線有沒有做EMI 處理，那么噪聲就跟著控制信號(hào)線，進(jìn)入了PLL，造成了干擾，因此我們對(duì)CPU 也要做良好的電源處理，同時(shí)，在CPU于PLL之間，添加EMI濾波器，隔離數(shù)字帶來(lái)的干擾。

綜上，PLL的設(shè)計(jì)不僅僅是一個(gè)電路的設(shè)計(jì)，而是一個(gè)從器件選型，到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到電源設(shè)計(jì)，再到軟件設(shè)計(jì)的一個(gè)綜合的過(guò)程。這里面任何一個(gè)環(huán)節(jié)都可能導(dǎo)致PLL信號(hào)質(zhì)量。