從概念到關鍵指標，一文弄清PLL頻率合成器那些事

因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。

因鎖相環(huán)可以實現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過程中，當輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。 

什么是PLL頻率合成器？

利用頻率合成器，設計人員可以產(chǎn)生單一參考頻率的各種不同倍數(shù)的輸出頻率。其主要應用是為RF信號的上變頻和下變頻產(chǎn)生本振（LO）信號。

頻率合成器在鎖相環(huán)（PLL）中工作，其中鑒頻鑒相器（PFD）將反饋頻率與基準頻率的某一分頻形式相比較（圖1）。PFD的輸出電流脈沖經(jīng)過濾波和積分，產(chǎn)生一個電壓。此電壓驅動一個外部電壓控制振蕩器（VCO）提高或降低輸出頻率，從而驅動PFD的平均輸出接近零。

圖1 鎖相環(huán)(PLL)框圖

頻率經(jīng)過計數(shù)器縮放。示例中使用了一個ADF4xxx頻率合成器以及一個外部濾波器和VCO。輸入基準（R）計數(shù)器將基準輸入頻率（本例中為13MHz）降至PFD頻率（FPFD=FREF/R），反饋（N）計數(shù)器降低輸出頻率，在PFD處與經(jīng)過縮放的基準頻率相比較。達到均衡時，這兩個頻率相等，輸出頻率N×FPFD。反饋計數(shù)器為雙模預分頻器類型,具有A計數(shù)器和B計數(shù)器(N=BP+A,其中P為預分頻值)。

圖2顯示了頻率合成器在超外差式接收機中的典型應用?；竞褪謾CLO是最常見的應用,此外在低頻時鐘發(fā)生器(ADF4001)、無線LAN(5.8GHz)、雷達系統(tǒng)和防撞系統(tǒng)(ADF4106)中,頻率合成器也有用武之地。

圖2 用來將GSM RF混頻降至基帶的雙路PLL

選擇PLL頻率合成器時有哪些關鍵性能參數(shù)需要考慮?

相位噪聲

對于給定功率水平的載波頻率,頻率合成器的相位噪聲為載波功率與規(guī)定頻率偏移(對于頻率合成器通常為1KHz)處1-Hz帶寬上的功率之比。帶內(nèi)(或近載波)相位噪聲主要取決于頻率合成器,單位為dBc/Hz;VCO噪聲貢獻在閉環(huán)中被高通濾波濾除。

參考雜散

是內(nèi)部計數(shù)器和以PFD頻率工作的電荷泵所產(chǎn)生的在離散偏移頻率上出現(xiàn)的頻率成為。電荷泵產(chǎn)生的不匹配高低電流、電荷泵泄露以及電源去耦不充分均會增加這種雜散。雜散音會混合在所需信號之上,降低接收機的靈敏度。

鎖定時間

PLL的鎖定時間是指它從一個指定頻率跳躍到給定頻率公差內(nèi)的另一個指定頻率所需的時間。跳躍大小一般由PLL在所分配的頻帶內(nèi)工作時必須完成的最大跳躍決定。GSM-900的步進大小為45MHz,GSM-1800的步進大小為95MHz。要求的頻率公差分別為90Hz和180Hz。PLL必須在不到1.5個時隙內(nèi)完成所需的頻率步進,每個時隙為577μs。